Monitoramento de parâmetros físicos, químicos e biológicos em um reator anaeróbio híbrido (RAH) em escala piloto, tratando água residuária do café produzido por via úmida

Abstract

Com o presente trabalho, fez-se a investigação experimental realizada em instalação piloto de café, por meio de resultados operacionais, durante a partida e o funcionamento de um reator anaeróbio híbrido com minifiltros preenchidos com dois tipos de meio suporte (argila expandida e seixo rolado) e com separador trifásico. Utilizou-se como inóculo lodo anaeróbio proveniente do tratamento de esgoto doméstico. O sistema utilizado, localizado no Núcleo de Estudos em Cafeicultura (NECAF/UFLA), foi composto de caixa de retenção de sólidos com duas grades de retenção de sólidos grosseiros, uma lagoa de estabilização, dois reatores UASB concêntricos trabalhando em série, um reator anaeróbio híbrido (RAH), um equalizador de pressão, três filtros de remoção de gás sulfídrico (H 2 S), três medidores de biogás seguidos de três queimadores, dois reatores aeróbios operando em batelada, um leito de secagem, seis reservatórios de efluentes e, ainda, sistema de bombeamento constituído por seis bombas. Foi instalado um Controlador Lógico Programável (CLP) para operação dos equipamentos elétricos, e o sistema foi monitorado por meio de parâmetros operacionais e de análises químicas, físico-químicas e biológicas. Foram 136 dias de pesquisa e, durante este período, foram realizadas três partidas. As cargas orgânicas biológicas (COB) nas três partidas foram: 0,0156; 0,0103 e 0,01213 kgDBO 5 .kgSTV -1 .d -1 , respectivamente. Foi constatado, por meio da microscopia eletrônica de varredura, que, dos dois tipos de meio suporte utilizados nos minifiltros, argila expandida e seixo rolado, o que mais propiciou aderência ao biofilme foi a argila expandida. A fase experimental dificultou a eficiência do RAH, por ter sido submetido a cargas inferiores às previstas, uma vez que o efluente era tratado em série por outras unidades anteriores, minimizando a concentração de DQO a ser removida. Sendo assim, o RAH não apresentou grandes eficiências nas diversas etapas do tratamento. O volume acumulado de metano, estimado teoricamente, para cada etapa experimental, foi de 23,8; 0,40 e 0,40 m 3 . As atividades metanogênicas, calculadas teoricamente (AM teórica) no RAH foram: 4,5; 0,36 e 0,38 LCH 4. kgSVT -1 d -1 para os TDH de 28,5; 23,7 e 18 h, respectivamente. A taxa média diária de produção de CH 4 em função da DQOrem, durante todo experimento, foi de 0,19 m 3 CH 4. kgDQOrem - d . O pH médio foi de 7,7. O sistema apresentou equilíbrio com relação aos parâmetros medidos e boa estabilidade. O efluente analisado não apresentou riscos de salinidade e sodificação, podendo ser reutilizado para irrigação da maioria das culturas e solos brasileiros.

The present work aimed at supplying information regarding to the experimental investigation carried out in a pilot scale system and also to present the operation results during the start-up and steady-state operation of an Hybrid Anaerobic Reactor (HAR) with mini-filters filled with two types of physical support (expanded clay and pebble “round quartz stone”); using sludge of domestic wastewater as seed. The used system, located in the Nucleus of Studies in Coffee (NECAF/UFLA) was composed of two screens able to retain bulky solids, installed inside a sand retention box, a stabilization pond, two concentric UASB reactors working in series, an hybrid anaerobic reactor (HAR), three filters to remove H 2 S from the biogas produced in the two UASB and HAR reactors, three gas-meters followed by flairs, a pressure equalization tank in order to maintain constant the establish biogas level inside the TPS (Three Phase Separator system) installed inside the three anaerobic reactors, two aerobic reactors operating in batch-load system, a drainage sludge system built up with stone, sand and bricks in order dry the excess of sludge produced, six reservoirs and a system built up by six positive displacement pumps. A Programmable Logical Controller (PLC) was installed to operate the electrical equipments and the system was monitored using pre-established operational parameters and also through physical-chemical and biological analysis carried out in the affluent and effluent of the treating units. The first start up of the anaerobic reactor was carried out using a flocculent anaerobic sludge cultivated in a full-scale UASB reactor, treating domestic wastewater. The research period occurred during 136 days and during this time two more start-ups were accomplished. The biological organic loading rates (BOL) in the three start-ups were: 0.0156; 0.0103 and 0.01213 kgBOD 5 .kgTVS -1 .d -1 , respectively. It was verified using a sweeping electronic microscopy (SEM), on the two types of support put inside the mini- filters that, the one, which allowed a better adherence to the biofilm structure, was the expanded clay. The experimental phase did no a greater efficiency in the HAR, due to the low organic matter concentration removed in the other units before. Therefore, the HAR did not present a better efficiency. The amounts of methane gas volume accumulated, theoretically estimated, for each experimental phase, were: 23.8; 0.40 and 0.40 m 3 . The methanogenic activity, theoretically calculated (MA) in the HAR, were: 3.5; 0.36 and 0.38 LCH 4 .kgTVS -1 .d -1 , for the hydraulic retention times (HRT), of: 28.5; 23.7 and 18 h, respectively. The average rate of CH 4 production per COD removed, along all the experiment, was: 0.19 m 3 CH 4. kgCODrem. The pH average was of 7.7. The system presented a good performance regard to the measured parameters and also a good stability. The HAR effluent did not present salinity and sodium accumulation risks and therefore can be applied for irrigation of most cultures and Brazilian soils.