Funcionamento de Reator UASB 2

8/3/2019 Funcionamento de Reator UASB 2

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Nos anos aps o desenvolvimento dos sistemas de segunda gerao o digestor anaerbio de fluxo

ascendente, UASB, tem se destacado por ser muito mais aplicado que os outros. Os UASB so reatores

de manta de lodo no qual o esgoto afluente entra no fundo do reator e em seu movimento ascendente,

atravessa uma camada de lodo biolgico que se encontra em sua parte inferior, e passa por um

separador de fases enquanto escoa em direo superfcie.

O UASB que no Brasil inicialmente foi nomeado como digestor anaerbio de fluxo ascendente (DAFA) foi

desenvolvido na dcada de 70 pelo Prof. Lettinga e sua equipe, na Universidade de Wageningen -

Holanda. Saliente-se aqui, que a Holanda tem se destacado a partir do final dos anos 60 pelo substancial

avano na campo da tecnologia da clarificao de guas residurias.

Universidade de Wageningen Holanda

Hoje este tipo de reator encontra-se bastante difundido e tem sido aplicado para tratamento de muitos

tipos de guas residurias, sendo o aspecto essencial do processo a natureza da biomassa ativa.

FUNCIONAMENTOO reator Uasb em sua coluna ascendente consiste de um leito de lodo, uma zona de sedimentao, e o

separador de fase. Este separador de fases, um dispositivo caracterstico do reator (van Haandel e

Lettinga, 1994), tem a finalidade de dividir a zona de digesto (parte inferior), onde se encontra a manta

de lodo responsvel pela digesto anaerbia, e a zona de sedimentao (parte superior). A gua

residuria, que segue uma trajetria ascendente dentro do reator, desde a sua parte mais baixa,

atravessa a zona de digesto escoando a seguir pelas passagens do separador de fases e alcanando a

zona de sedimentao.


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A gua residuria aps entrar e ser distribuda pelo fundo do reator UASB, flui pela zona de digesto,

onde se encontra o leito de lodo, ocorrendo a mistura do material orgnico nela presente com o lodo. Os

slidos orgnicos suspensos so quebrados, biodegradados e digeridos atravs de uma transformao

anaerbia, resultando na produo de biogs e no crescimento da biomassa bacteriana. O biogs segueem trajetria ascendente com o lquido, aps este ultrapassar a camada de lodo, em direo ao

separador de fases.

No separador de fases, a rea disponvel para o

escoamento ascendente do lquido deve ser de tal

forma que o lquido, ao se aproximar da superfcie

lquida livre, tenha sua velocidade progressivamente

reduzida, de modo a ser superada pela velocidade

de sedimentao das partculas, oriundas dos flocos

de lodo arrastados pelas condies hidrulicas ou

flotados. Isto possibilita que este material slido que

passa pelas aberturas no separador de fases,

alcanando a zona superior do reator, possa se

sedimentar sobre a superfcie inclinada do separador

de fases. Naturalmente que esta condio depender das condies hidrulicas do escoamento. Desse

modo, o acmulo sucessivo de slidos implicar consequentemente, no aumento contnuo do peso desse

material o qual, em um dado momento, tornar-se- maior que a fora de atrito e, ento, deslizaro,

voltando para a zona de digesto, na parte inferior do reator. Assim, a presena de uma zona de

sedimentao acima do separador de fases resulta na reteno do lodo, permitindo a presena de uma

grande massa na zona de digesto, enquanto se descarrega um efluente substancialmente livre de

slidos sedimentveis (van Haandel e Lettinga, 1994).

Na parte interna do separador de fases fica a cmara de acumulao do biogs que se forma na zona de

digesto. O projeto do UASB garante os dois pr-requisitos para digesto anaerbia eficiente: a) atravs

do escoamento ascensional do afluente passando pela camada de lodo, assegura-se um contato intenso

entre o material orgnico e o lodo e b) o decantador interno garante a reteno de uma grande massa de

lodo no reator (van Haandel e Catunda,1995). Com o fluxo ascendente a estabilizao da matria

orgnica ocorre na zona da manta de lodo, no havendo necessidade de dispositivos de mistura, poisesta promovida pelo fluxo ascensional e pelas bolhas de gs (Oliva, 1997).

FORMATOSOs reatores anaerbios de manta de lodo foram inicialmente concebidos para tratamento de efluentes

industriais como estruturas cilndricas ou prismtico-retangulares, nos quais as reas dos compartimentos


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de digesto e de decantao eram iguais, configurando-se, portanto, reatores de paredes verticais. A

adaptao destes reatores para tratamento de guas residurias de baixa concentrao (como os

esgotos domsticos) tem levado a diferentes configuraes em funo dos aspectos principais descritos

a seguir:

Figura 1 - Esquemas mais freqentes de formas de reatores UASB

OPERACIONALIDADEQuanto s medidas para acompanhamento de um reator anaerbio de manta de lodo,

segundo Chernicharo et al., 1997, o sistema de amostragem deve ser constitudo por

uma srie de registros instalados ao longo da altura do compartimento de digesto a

fim de possibilitar a monitorao do crescimento e da qualidade da biomassa no reator.

Uma das rotinas operacionais mais importantes neste sistema de tratamento consiste

em avaliar a quantidade de biomasssa presente no reator atravs da determinao do

perfil dos slidos e da massa de microrganismos presentes no sistema e a atividade

metanognica especfica desta massa. Esse monitoramento possibilitar operao maior controle sobre

os slidos do sistema, identificando a altura do leito de lodo no reator, possibilitando o estabelecimento

de estratgias de descarte (quantidade e freqncia) e determinao dos pontos ideais de descarte do

lodo, em funo dos resultados dos testes de atividade metanognica especfica e das caractersticas dolodo. A avaliao do lodo anaerbio tambm importante no sentido de classificar o potencial da

biomassa na converso de substratos solveis em metano e dixido de carbono. Para que essa

biomassa possa ser preservada e monitorada, torna-se necessrio o desenvolvimento de tcnicas para a

avaliao da atividade microbiana dos reatores anaerbios, notadamente as bactrias metanognicas.


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Para efeito de avaliao da situao interna recomenda-se a instalao de pontos de coleta de amostras

construdos com tubulaes dotadas de registros a partir da base do reator com as seguintes

caractersticas: espaamento de 50 centmetros com sadas de 40 ou 50 milmetros, controladas com

registros de fechamento rpido tipo esfera.Medidas de avaliao da concentrao de slidos volteis podem ser

efetuadas a partir da determinao das concentraes amostrais

conseguidas nos pontos de coleta do reator possibilitam a estimativa

da massa de microrganismos e a sua distribuio ao longo do reator,

tanto por setores como no total da coluna.

Um aspecto operacional importante em um sistema com lodos em

suspenso como no caso do reator UASB, a descarga de lodo de

excesso. A sistemtica de descarte do lodo destina-se a extrao

peridica de parcela deste lodo, que cresce em excesso no reator,

possibilitando tambm a retirada de material inerte que eventualmente

venha a se acumular no fundo do reator.

Este descarte tem que obedecer duas recomendaes bsicas: a

retirada deve ocorrer quando a capacidade de reteno do reator estiver exaurida e o residual deve ficar

em um mnimo de modo que no haja prejuzo na continuidade do processo de digesto da matria

orgnica afluente. Devem ser previstos pelo menos dois pontos de descarte, um junto ao fundo e outro a

aproximadamente 1,0 a 1,5 metro acima, dependendo da altura do compartimento de digesto, de forma

a propiciar maior flexibilidade operacional. Recomenda-se tubos ou mangotes de 100 milmetros de

dimetro para escoamento do lodo de descarte.

PRODUO DE LODONos reatores tipo UASB, o controle do

fluxo ascendente essencial, pois a

mistura e reteno da biomassa

adequados, permitem que o lodo

permanea em suspenso com uma

mobilidade limitada em um espao navertical do interior do reator. A mistura do

afluente com essa biomassa favorecida

pela agitao hidrulica promovida pelo

fluxo ascensional, por efeitos de

conveco trmica e do movimento


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cone Imhoff

permanente de bolhas de gases produzidos no processo digestivo da atividade bacteriana. provvel

que ocorram situaes em que o movimento ascensional das bolhas gasosas seja o mais importante no

processo de mistura.

Essa dinmica essencial para que o processo anaerbio por meio desse tipo de reator de manta delodo se desenvolva e se mantenha em elevada atividade e com tima capacidade de sedimentao.

O desenvolvimento do lodo anaerbio resultante da transformao da matria orgnica no sistema.

Como este crescimento contnuo, isto implica na necessidade peridica de descarte de parcela do

volume de lodo acumulado, como certamente teria de ocorrer com qualquer outro sistema de tratamento

de afluentes de guas residurias, sob pena do processo perder eficincia na qualidade do efluente.

Porm, justamente em funo da baixa taxa do volume gerado no processo anaerbio, cerca de 0,10 a

0,20 kg SST/ kg DQOafluente, (Campos, 1999), entre outros, neste aspecto que o sistema anaerbio se

torna mais vantajoso que os aerbios.

Caso no haja uma boa separao das fases slida-lquida, fazendo com que no reator permanea a

biomassa ao longo de toda sua coluna, e/ou no sejam feitos descartes peridicos

adequados, haver excesso de lodo perdido atravs do efluente, reduzindo a

qualidade de seu efluente. O tempo de deteno hidrulica tambm um fator

importante nesta considerao e, na maioria das vezes, deve estar entre 6 e 10

horas (Campos, 1999).

Para que se tenha controle destes fatores negativos, faz-se necessria uma

avaliao da DQO do efluente decantado. Este procedimento obtido com a

decantao desse efluente por uma hora em cone Imhoff por uma hora, sendo que

este decantado deve produzir um valor de 40 a 20 % de valor da DQO do afluente

(Campos, 1999).

A partir dos resultados operacionais dos reatores de Bucaramanga, Cali, CETESB e Kampur, foi obtida

uma equao que representa a concentrao de slidos esperada para o efluente (Campos, 1999),

representada da seguinte forma:

SS = (250 / TDH) + 10, ondeSS - concentrao de slidos suspensos no efluente em mg/l,TDH - Tempo de deteno hidrulica em horas e250 e 10 so constantes empricas.


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EFICINCIAO tratamento de esgotos utilizando reator UASB constitui um mtodo

eficiente e relativamente de baixo custo para se removerem matria

orgnica e slidos em suspenso, diminuindo consideravelmente o

potencial poluidor dos esgotos aps o tratamento (Bezerra et

al.,1998).

Para um mesmo tempo de deteno a razo rea/profundidade no

influi marcadamente sobre a eficincia de remoo do material

orgnico e a massa de slidos volteis varia muito pouco com o

tempo de deteno e a configurao dos reatores (Sousa et al.,

1998).

Enquanto o reator no estiver cheio de lodo, uma parte do lodo produzido acumular-se- no seu interior,

enquanto outra parcela ser descarregada junto com o afluente. Esta parte descarregada cresce com a

reduo do tempo de deteno hidrulica Para evitar que o lodo produzido seja descarregado junto com

o efluente, diminuindo a qualidade, periodicamente so executadas descargas de lodo de modo a aliviar

o volume de material slido acumulado no interior do reator. Normalmente a capacidade de digesto do

lodo acumulado num reator UASB tratando esgoto domstico muito maior do que a carga orgnica de

modo que se pode dar descargas grandes de lodo de excesso sem prejudicar a eficincia ou a

estabilidade operacional do reator. Segundo Medeiros et al., 1998, para tempos de deteno hidrulica

de 4 a 8 horas possvel dar descargas de 50 a 60% da massa de lodo sem prejuzo do seu

desempenho. Descargas de 80 % resultam numa reduo temporria da eficincia de remoo da DQOe um aumento da concentrao de cidos volteis no efluente, sem contudo ameaar a estabilidade

operacional.

O lodo tambm pode conter uma frao orgnica inerte que se origina da floculao de matria orgnica

biodegradvel, mas particulada presente no afluente e, dependendo das condies operacionais,

possvel que apaream no efluente juntamente com outras partculas no metabolizadas, resultante de

inadequadas condies hidrulicas ou de populao bacteriana insuficiente. Outro problema que pode

afetar o rendimento volume do resduo endgeno que, sabe-se, cresce com o prolongamento do

perodo de atividade da massa bacteriana.

UASB COMO PR-TRATAMENTOA aceitao do reator anaerbio como principal unidade de tratamento, deve-se constatao de que

esta unidade pode remover em torno de 70 % da matria orgnica sem dispndio de energia externa ou

adio de substncias qumicas. Assim unidades posteriores podem ser usadas sem cuidados prvios

para remoo de parcelas remanescentes.


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Estaes mistas de tratamento de esgotos tm sido projetadas com muita freqncia ultimamente e

funcionado satisfatoriamente, com unidades anaerbias seguidas de aerbias, trazendo melhores

resultados aliados a menores custos que as tradicionais exclusivamente aerbias.

VANTAGENS DOS REATORES UASB Eficincias de remoo em torno de 70%.

Sistema pode ser enterrado (Invisvel).

No espalha odores.

No causa proliferao de insetos

Pequena produo de lodo

Operao e manuteno so extremamente simples.

Eficincias superiores a 95% se combinado com sistemas aerbios.

VARIAES DE VAZOA vazo de projeto o parmetro inicial mais importante para dimensionamento de uma unidade de

tratamento de esgotos. No caso especfico de reatores UASBs que operam a taxas elevadas (TDH entre

4 e 6 horas), variaes bruscas de vazo podem levar a sobrecargas hidrulicas volumtricas, reduzindo

o desempenho dessas unidades pois, quando h perdas de slidos biolgicos conseqentemente h

queda no rendimento do reator.

Especificamente, os sistemas coletores de esgotos domsticos so caracterizados por apresentarem

significativas variaes de vazo. Nos coletores de esgotos as flutuaes mais interessantes para efeitode projeto so as horrias e dependem da simultaneidade das descargas e das distncias a serem

percorridas at s unidades de tratamento. As variaes dirias e mensais, as quais esto diretamente

relacionadas com a curva de consumo de gua, dependem, pois, dos fatores que afetam o

comportamento desta curva e com as possveis infiltraes subterrneas e ligaes clandestinas de

guas de origem pluvial.

Na entrada das estaes de tratamento, em funo da extenso da rede, estas flutuaes podem estar

amortecidas, considerando que, hidraulicamente, quanto maior o percurso maior ser o amortecimento

dos picos de vazo, associado defasagem entre os pontos de contribuio distribudos ao longo da

rede coletora.Porm, nem sempre possvel reunir todas as vazes em um s destino final a no ser que sejam

projetados recalques de uma ou mais bacias de esgotamento para uma canalizao a jusante (sistemas

distritais), originando pulsos de vazes bombeadas que podero ocorrer de forma simultnea com outros

efluentes de elevatrias, alterando sensivelmente a vazo de trabalho da unidade de tratamento e

reduzindo, pois, seu tempo de deteno e, consequentemente, seu rendimento.


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