21º CONGRESSO
BIOFILTRO AERADO SUBMERSO APLICADO AO PÓS-TRATAMENTO
DE EFLUENTE DE REATOR UASB – ESTUDO EM ESCALA
PILOTO COM ESGOTO SANITÁRIO
CARLOS HIRAKAWA
Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos (USP). Mestre em Saúde Ambiental pela Faculdade de Saúde Pública
(USP). Engenheiro da CETESB – Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental.
ROQUE PASSOS PIVELI
Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP). Mestre em Engenharia Hidráulica e Sanitária pela EESC/
USP. Doutor em Engenharia Hidráulica e Sanitária pela Escola Politécnica (USP). Professor Doutor do Departamento de
Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica (USP).
PEDRO ALEM SOBRINHO
Professor Titular do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica (USP).
RESUMO
ABSTRACT
O emprego de biofiltro aerado submerso (BAS) no pós-tratamento de efluente de reator UASB (“Upflow Anaerobic Sludge
Blanket”) foi estudado em uma unidade em escala piloto recebendo esgoto sanitário. Buscou-se no experimento avaliar o comportamento dessa combinacão no tocante à possibilidade de atendimento à legislação ambiental, pois é sabido que apenas o reator
UASB não é capaz de promover, com regularidade, remoção de
matéria orgânica expressa em DBO5,20 com eficiência superior a
80%, percentual mínimo exigido para a obediência aos padrões
de emissão no Estado de São Paulo. A unidade piloto era constituída, basicamente, por um reator UASB de 604 L seguido por
um BAS de fluxo descendente, com leito fixo com 32,7 L de
volume aparente. Os resultados obtidos demonstram que o desempenho do conjunto foi satisfatório, com 91% de eficiência
média na remoção de DBO5,20 e concentração na faixa de 6 a 17
mg/L no efluente final. Constatou-se, também, que o BAS foi
capaz, durante determinado período do experimento, de promover a remoção de nitrogênio amoniacal com eficiência suficiente para manter, a menos de um resultado, concentrações inferiores a 5 mg/L no efluente final, valor máximo permitido pela
legislação federal. Nesse período, a máxima taxa de aplicação foi
da ordem de 4,0 kgDQO/m3.dia.
The use of Biological Aerated Filter (BAF) in the post-treatment of
effluent of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) was studied
in a pilot scale unit processing sewage. The aim of the experiment
was to evaluate the behavior of this combination regarding the
possibility of complying with the environmental legislation. It is
known that UASB reactor is not able to achieve efficiency superior
to 80% regularly in the removal of organic matter, expressed as
biochemical oxygen demand (BDO5,20), as required by São Paulo
State emission standard. The unit was constituted of a 604 liter
UASB reactor followed by a downflow BAF with a fixed bed with
32.7 liters of apparent volume. The results coming from the experiment
indicated that the performance of that combination was satisfactory,
with 91% of average efficiency in the removal of BOD5,20, at
concentration ranging from 6 to 17 mg/L in the final effluent. It
was also checked that in some period of the experiment the BASF was
able to remove ammonia nitrogen with enough efficiency to keep
concentrations below 5 mg/L in the final effluent, which is the
maximum value under current federal legislation. In this period, the
maximum organic loading was about 4.0 kgCOD/m3.day.
PALAVRAS-CHAVE: esgoto sanitário, tratamento de esgoto,
biofilme, biofiltro submerso aerado, UASB.
KEYWORDS: sewage. wastewater tretatment. biofilm. biological
aerated filter (BAF). UASB reactor.
INTRODUÇÃO
O emprego de reatores UASB no
tratamento de esgotos sanitários predominantemente domésticos vem sendo
largamento difundido no Brasil, em função, principalmente, da compacidade e
baixo custo energético. Sua eficiência, no
entanto, tem se mostrado insuficiente
para, isoladamente, assegurar atendimen82
to à legislação ambiental.
Dessa forma, o efluente de reator
UASB necessita ser submetido a tratamento complementar para permitir o atendimento aos padrões de emissão. O biofiltro
aerado submerso (BAS) surge como uma
promissora alternativa para o tratamento
complementar de efluente de reatores
UASB. Trata-se de uma modalidade de
tratamento cujas principais características
engenharia sanitária e ambiental
são a existência de um leito suporte para a
adesão de microorganismos, que pode ser
estruturado ou granulado, e de um sistema de aeração por ar difuso. Uma vantagem dessa combinação é o fato de o excesso de o lodo não estabilizado removido do BAS poder ser encaminhado para o
UASB, para ser estabilizado por digestão
anaeróbia, tornando desnecessária uma unidade especialmente projetada para esse fim.
Vol. 7 - Nº 1 - jan/mar 2002 e Nº 2 - abr/jun 2002
B IOFIL
TRO AERADO SUBMERSO APLICADO AO POS-T RTAMENTO
IOFILTRO
ESGOTO SANITÁRIO
Dentre as diversas configurações
possíveis do BAS foi estudado um reator
de fluxo descendente, com leito granulado com material mais denso que a água.
O comportamento do conjunto formado pelo reator UASB seguido por BAS
foi avaliado em uma unidade em escala
piloto alimentada com esgoto bruto derivado do canal de entrada de uma estação
de tratamento.
O experimento durou cerca de um
ano, entre junho de 1998 e junho de
1999, com algumas interrupções para
manutenção dos equipamentos componentes da instalação piloto.
DE EFL
UENTES DE REA
TOR
FLUENTES
EATOR
U
ASB – ESTUDO EM ESCALA PIL
OTO
ILOTO
UASB
MATERIAL E MÉTODOS
O estudo foi desenvolvido em uma
unidade piloto constituída por um reator UASB seguido por BAS montada nas
instalações da CETESB, em São Paulo.
O esgoto bruto afluente à unidade era
bombeado a partir do canal de entrada
da estação de tratamento de esgotos da
SABESP no bairro de Pinheiros, hoje
desativada.
O reator UASB foi construído com
tubo de PVC com 0,45 m de diâmetro e
comprimento total de 3,90 m. A altura
útil da unidade era de 3,80 m e o volu-
COM
me, de 0,604 m3. A altura total da zona
de reação era de 3,34 m, enquanto o dispositivo para separação dos gases, o
decantador e a saída do efluente ocupavam 0,46 m da parte superior do reator.
Na zona de formação do manto de lodo
foram instalados registros para coleta de
amostra a cada 0,50 m, a partir da base.
A altura total do BAS era de 3,40
m, e seu diâmetro, de 0,15 m. O leito de
material granulado ocupava 1,85 m, e a
grelha de aeração foi instalada 0,30 m
acima da sua base, de forma a criar uma
zona não aerada, com o objetivo de submeter o efluente a filtração física.
Figura 1 - Desenho esquemático da unidade piloto
Vol. 7 - Nº 1 - jan/mar 2002 e Nº 2 - abr/jun 2002
engenharia sanitária e ambiental
83
C ARL
OS HIRAKA
W A, ROQUE PASSOS PIVELI, PEDRO ALEM SOBRINHO
ARLOS
IRAKAW
O material empregado no leito foi argila
expandida com diâmetro efetivo de 6,5
mm. Por tratar-se de material heterogêneo quanto à densidade, foi realizada uma
seleção prévia para separar e eliminar as
partículas menos densas que a água. O ar
para o processo de tratamento e para a
lavagem do leito filtrante foi tomado do
sistema de ar comprimido dos laboratórios da CETESB.
Um desenho esquemático da unidade piloto é apresentado na Figura 1.
A freqüência das coletas de amostras foi semanal. As análises foram realizadas nos laboratórios do Departamento de
Saúde Ambiental (HSA), da Faculdade
de Saúde Pública, da Universidade de
São Paulo, obedecendo aos preceitos do
“Standard Methods for Examination of
Water and Wastewater”, 19a ed., 1995,
da APHA, AWWA e WEF.
No planejamento da pesquisa foi
estabelecido que o reator UASB receberia
vazão constante de 0,093 m3/h, correspondente a tempo de detenção de 6,5
horas, enquanto o BAS seria alimentado
com vazões variáveis, com o propósito de
submetê-lo a diferentes taxas de aplicação de carga orgânica e de escoamento
superficial. Durante a fase inicial de operação dos sistema, no entanto, houve grande dificuldade para manter fixa a vazão
afluente ao reator UASB, pois, apesar de
a tomada de sucção ser protegida por uma
tela, ocorria o acúmulo de material
particulado no rotor da bomba de alimentação, que levava à redução progressiva da vazão bombeada. Dessa forma,
decidiu-se flexibilizar o controle da vazão
do UASB, procurando, porém, manter o
tempo de detenção entre 4,5 e 8,0 horas.
Para a partida, o reator UASB recebeu cerca de 0,24 m3 de lodo proveniente de um dos reatores UASB da ETE de
Ribeirão Pires, da SABESP.
O BAS foi alimentado com vazões
de 0,015 m3/h a 0,046 m3/h, correspondentes a taxas de filtração de 0,85 m3/
m 2 .h a 2,60 m 3 /m 2 .h. Problemas
operacionais impediram que a vazão de
alimentação fosse aumentada de forma a
atingir a taxa inicialmente programada de
4,0 m3/m2.h.
O ar para o processo de tratamento
no BAS foi fornecido com vazão suficiente para manter concentração de oxigênio dissolvido da ordem de 3,0 mg/L no
efluente final.
A perda de carga limite para indicar a
necessidade de lavagem do leito filtrante do
BAS foi fixada em 0,40 m, com base em
testes realizados na fase inicial de operação do
sistema. A seqüência de operações nas lavagens, também estabelecida após testes na fase
de partida do BAS, foi a seguintes: a) interrupção da alimentação do BAS; b) abertura
do registro de ar para lavagem; c) início do
bombeamento de água no sentido contracorrente, com taxa de lavagem de 81 m3/
m2.dia, após dois minutos de revolvimento
do leito apenas com ar; d) fechamento do
registro de ar e desligamento da bomba 12
minutos após o seu acionamento; e) retomada do bombeamento de efluente do UASB
para o BAS.
A água resultante da lavagem era acu-
mulada em um tanque, de onde era bombeada para o UASB, à razão de 0,024 m3/h
(0,40 L/min).
RESULTADOS E
DISCUSSÃO
Os resultados obtidos no experimento para os parâmetros DQO,
DBO 5,20 , SST, SSV e Nitrogênio
Amoniacal são apresentados na forma de
tabelas e correspondentes gráficos de variação de concentração e eficiência em
cada estágio do tratamento na unidade
piloto. As descontinuidades que se observam na coluna “Tempo de Operação”
das tabelas correspondem a semanas em
que não houve coleta de amostras.
Nas tabelas de nos 1 a 4 são apresentados os resultados das análises dos
parâmetros selecionados e figuras mostrando a sua variação ao longo da duração do experimento no esgoto bruto afluente, no efluente do reator UASB e no
efluente do BAS. Para os parâmetros
DQO e DBO5,20 são apresentadas, também, as curvas de variação da eficiência
total do sistema e das eficiências correspondentes a cada unidade componente
da estação de tratamento em escala piloto.
Os gráficos das Figuras 2 e 3 mostram que o BAS atuou de forma a complementar a remoção de DQO iniciada no reator UASB. Na Figura 3 constata-se que,
embora eficiências do UASB e do BAS tenham apresentado grande amplitude de
valores, a eficiência global do conjunto man-
Tabela 1 - Resultados das análises de DQO total no esgoto bruto e nos efluentes do
UASB e do BAS e valores da eficiência em cada estágio do tratamento
84
Tempo de
Operação
Taxa de Filtração
no BAS
Taxa da Aplicação de
DQO no BAS
Semanas
m3/m2.h
kgDQO/m3.dia
Esg.
Bruto
Efl.
UASB
Efl.
BAS
UASB
BAS
Total
0
1,43
2,604
157
118
47
25
60
70
3
0,98
1,371
337
90
39
73
57
88
4
1,02
1,498
206
95
23
54
76
89
5
0,98
1,402
272
92
18
66
80
93
9
1,12
2,029
174
117
45
33
62
74
10
1,09
2,774
287
165
35
43
79
88
11
0,92
1,305
196
92
58
53
37
70
engenharia sanitária e ambiental
DQO total (mg/L)
Eficiência (%)
Vol. 7 - Nº 1 - jan/mar 2002 e Nº 2 - abr/jun 2002
B IOFIL
TRO AERADO SUBMERSO APLICADO AO POS-T RTAMENTO
IOFILTRO
ESGOTO SANITÁRIO
DE EFL
UENTES DE REA
TOR
FLUENTES
EATOR
U
ASB – ESTUDO EM ESCALA PIL
OTO
ILOTO
UASB
COM
Tabela 1 - Resultados das análises de DQO total no esgoto bruto e nos efluentes do
UASB e do BAS e valores da eficiência em cada estágio do tratamento (cont.)
Tempo de
Operação
Taxa de Filtração
no BAS
Taxa da Aplicação de
DQO no BAS
Semanas
m3/m2.h
kgDQO/m3.dia
Esg.
Bruto
Efl.
UASB
Efl.
BAS
UASB
BAS
Total
12
1,70
0,736
152
28
12
82
57
92
13
1,83
3,178
192
112
40
42
64
79
14
1,73
2,171
227
81
38
64
53
83
15
1,83
1,561
195
55
33
72
40
83
16
1,70
1,839
147
70
31
52
56
79
19
1,70
1,865
248
71
4
71
94
98
22
1,53
2,246
281
95
24
66
75
91
24
1,19
2,281
252
124
98
51
21
61
36
1,09
1,698
138
101
61
27
40
56
37
1,09
2,774
237
165
94
30
43
60
38
1,22
1,570
114
83
24
27
71
79
39
-
-
156
124
24
21
81
85
41
1,29
1,278
176
64
24
64
63
86
42
1,15
1,876
247
105
30
57
71
88
43
1,36
4,105
228
191
24
16
87
89
46
1,12
2,722
323
157
39
51
75
88
47
1,33
2,172
291
106
38
64
64
87
48
1,70
3,705
331
141
59
57
58
82
49
1,94
2,696
388
90
49
77
46
87
52
0,71
2,384
322
216
33
33
85
90
DQO total (mg/L)
500
DQO total (mg/L)
Eficiência (%)
Esgoto Bruto
Efluente do UASB
Efluente do BAS
400
300
200
100
0
0
3
4
5
9 10 11 12 13 14 15 16 19 22 24 36 37 38 39 41 42 43 46 47 48 49 52
Tempo de Operação (Semanas)
Figura 2 - Gráfico de variação de DQO total no esgoto bruto e nos
efluentes do UASB e do BAS ao longo do experimento
Vol. 7 - Nº 1 - jan/mar 2002 e Nº 2 - abr/jun 2002
engenharia sanitária e ambiental
85
C ARL
OS HIRAKA
W A, ROQUE PASSOS PIVELI, PEDRO ALEM SOBRINHO
ARLOS
IRAKAW
10 0
E fic iên cia n a R em o ção de
DQ O to ta l (% )
80
60
40
U A SB
BA S
T OTAL
20
0
0
3
4
5
9 10 11 12 13 14 15 16 19 22 24 36 37 38 39 41 42 43 46 47 48 49 52
Te m p o d e O pe raç ã o (S e m a n a s)
Figura 3 - Variação das eficiências total, do UASB e do BAS na remoção de DQO total
teve-se numa faixa relativamente estreita,
com a maior parte dos valores entre 80% e
90%, a menos do período entre a 24a e a
37a semanas de operação, quando se verificou um desequilíbrio no sistema.
Nas Figura 4 e 5, verifica-se com
maior clareza o papel exercido pelo BAS
gráfico, observa-se que a cada queda na
eficiência do UASB correspondia uma
melhoria no desempenho do BAS, de
modo que a eficiência total do sistema
manteve-se relativamente estável, variando de 83% a 96%. Conclui-se, assim,
que, nas condições do experimento, os
no conjunto, no tocante à remoção de
matéria orgânica. No primeiro gráfico,
nota-se que mesmo com a grande variação das concentrações de DBO no
efluente do UASB, entre 20 e 94 mg/L,
os valores no efluente final foram reduzidos à faixa de 6 a 17 mg/L. E no segundo
Tabela 2 - Resultados de análises de DBO total no esgoto bruto e nos efluentes do UASB e do
BAS e valores da eficiência em cada estágio do tratamento
86
Tempo de
Operação
Taxa de Filtração
no BAS
Taxa da Aplicação de
DBO no BAS
Semanas
m3/m2.h
kgDBO/m3.dia
Esg.
Bruto
Efl.
UASB
Efl.
BAS
UASB
BAS
Total
0
1,43
1,479
103
67
17
35
75
83
3
0,98
0,533
193
35
9
82
74
95
4
1,02
1,371
138
87
7
37
92
95
5
0,98
0,625
146
41
10
72
76
93
9
1,12
1,561
141
90
17
36
81
88
10
1,09
1,547
203
92
9
55
90
96
12
1,70
0,525
129
20
6
84
70
95
13
1,83
2,667
134
94
11
30
88
92
20
-
-
117
89
14
24
84
88
36
1,09
1,244
92
74
12
20
84
87
37
1,09
1,160
91
69
6
24
90
93
engenharia sanitária e ambiental
DBO total (mg/L)
Eficiência (%)
Vol. 7 - Nº 1 - jan/mar 2002 e Nº 2 - abr/jun 2002
B IOFIL
TRO AERADO SUBMERSO APLICADO AO POS-T RTAMENTO
IOFILTRO
ESGOTO SANITÁRIO
DE EFL
UENTES DE REA
TOR
FLUENTES
EATOR
U
ASB – ESTUDO EM ESCALA PIL
OTO
ILOTO
UASB
DBO total (mg/L)
225
200
175
150
125
100
75
50
25
0
COM
Esg. Bruto
Efl. UASB
Efl. BAS
0
3
4
5
9
10
12
13
20
36
37
Tempo de Operação (Semanas)
Eficiência na Remoção de
DBO (%)
Figura 4 - Gráfico de variação de DBO no esgoto bruto e nos efluentes do UASB e do BAS
100
80
UASB
BAS
Total
60
40
20
0
0
3
4
5
9
10
12
13
20
36
37
Tempo de Operação (Semanas)
Figura 5 - Variação das eficiências total, do UASB e do BAS na remoção de DBO
valores de concentração de DQO ou de
DBO no efluente final e de eficiência do
BAS foram influenciados mais pela qualidade do efluente do reator UASB que
pela taxa de aplicação ou pela taxa de filtração no BAS.
Na Figura 6 observa-se que, a me-
entre 0,71 a 1,94 m3/m2.h a que o BAS
foi submetido, a influência do tempo
decorrido desde a última lavagem até o
momento da coleta não foi significativa.
A Tabela 4 fornece os resultados das
análises de nitrogênio amoniacal no esgoto bruto e nos efluentes do UASB e do
nos de dois valores, todos os demais foram iguais ou inferiores a 20 mgSST/L,
demonstrando que nas condições do experimento o conjunto produziu um
efluente de boa qualidade também quanto à concentração de sólidos em suspensão totais (SST). Para taxas de filtração
Tabela 3 - Resultados das determinações de SST e SSV no esgoto bruto e
nos efluentes do UASB e do BAS
Tempo de
Operação
Taxa de Filtração
no BAS
Tempo após
lavagem do filtro
Semanas
m3/m2.h
Horas
Esgoto
Bruto
0
1,43
48
45
25
0
15
10
0
3
0,98
72
70
30
0
10
5
0
4
1,02
21
70
25
0
60
15
0
5
0,98
96
45
10
0
40
5
0
6
0,98
96
75
60
0
60
40
0
9
1,12
48
55
15
5
55
15
5
Vol. 7 - Nº 1 - jan/mar 2002 e Nº 2 - abr/jun 2002
SST (mg/L)
SSV (mg/L)
Efluente Efluente
do UASB do BAS
Esgoto
Bruto
Efluente Efluente
do UASB do BAS
engenharia sanitária e ambiental
87
C ARL
OS HIRAKA
W A, ROQUE PASSOS PIVELI, PEDRO ALEM SOBRINHO
ARLOS
IRAKAW
Tabela 3 - Resultados das determinações de SST e SSV no esgoto bruto e
nos efluentes do UASB e do BAS (continuação)
Taxa de Filtração
no BAS
Tempo após
lavagem do filtro
Semanas
m3/m2.h
Horas
Esgoto
Bruto
Efluente
do UASB
Efluente
do BAS
Esgoto
Bruto
Efluente
do UASB
Efluente
do BAS
10
1,09
45
45
15
1
40
15
1
11
0,92
76
55
25
2
45
25
2
12
1,70
9
110
20
20
80
10
5
13
1,83
21
70
50
10
60
45
10
16
1,70
31
95
30
5
70
20
5
17
1,56
31
90
20
10
70
15
8
19
1,70
26
75
15
3
50
5
3
20
Ñ-
46
50
40
4
20
15
2
24
1,19
25
55
10
4
44
10
4
37
1,09
24
85
15
5
80
5
5
42
1,15
32
95
15
3
90
15
3
43
1,36
1
85
65
18
65
60
10
45
1,56
20
139
45
34
106
30
20
47
1,33
57
95
28
21
90
25
16
48
1,70
33
100
38
12
65
15
5
49
1,94
23
125
30
20
80
13
10
52
0,71
54
60
20
15
55
18
11
SST (mg/L)
Tempo de
Operação
160
140
120
100
80
60
40
20
0
SST (mg/L)
SSV (mg/L)
Esgoto Bruto
Efluente do UASB
Efluente do BAS
0
3
4
5
6
9
10 11 12 13 16 17 19 20 24 37 42 43 45 47 48 49 52
Tempo de Operação (Semanas)
Figura 6 - Gráfico da variação de SST no esgoto bruto e nos efluentes do UASB e do BAS
88
engenharia sanitária e ambiental
Vol. 7 - Nº 1 - jan/mar 2002 e Nº 2 - abr/jun 2002
B IOFIL
TRO AERADO SUBMERSO APLICADO AO POS-T RTAMENTO
IOFILTRO
ESGOTO SANITÁRIO
DE EFL
UENTES DE REA
TOR
FLUENTES
EATOR
U
ASB – ESTUDO EM ESCALA PIL
OTO
ILOTO
UASB
COM
120
Esgoto Bruto
Efluente do UASB
Efluente do BAS
SSV (mg/L)
100
80
60
40
20
0
0
3
4
5
6
9
10 11 12 13 16 17 19 20 24 37 42 43 45 47 48 49 52
Tempo de Operação (Semanas)
Figura 7 - Gráfico da variação de SSV no esgoto bruto e nos efluentes do UASB e do BAS
BAS e os valores da taxa de aplicação de
semanas, em que, dos seis resultados obNas tabelas de nos 5 a 7 são apresenDQO correspondentes a cada amostra,
tidos, apenas um superou 5 mgN-NH4/
tados os valores das taxas de aplicação e
L. Nesse período, a máxima taxa de apliapresentados em forma de gráfico de vade remoção dos parâmetros DQO,
riação nas Figuras 8 e 9.
cação foi da ordem de 4 mgDQO/L. Pela
DBO5,20 e SST no reator BAS e os corresleitura dos dois gráficos, nota-se que a efiO gráfico da Figura 8 mostra que o
pondentes gráficos, apresentando, além
BAS apresentou melhor desempenho na
ciência do BAS na remoção de nitrogênio
da reta que melhor se ajusta aos dados
remoção de nitrogênio amoniacal no peamoniacal diminuiu sensivelmente para
levantados, a sua equação e o valor do
ríodo compreendido entre a 39a e a 47a
taxa de aplicação de 5,2 mgDQO/L.
coeficiente de aderência R2.
Tabela 4 - Resultados de análises de nitrogênio amoniacal (N-NH4) no esgoto bruto
e nos efluentes do UASB e do BAS
Tempo de Operação
Taxa de Aplicação
de DQO
Semanas
kgDQO/m3.dia
Esg. Bruto
Efl. UASB
Efl. BAS
14
2,171
8
14
3
15
1,561
11
14
13
16
1,839
7
10
3
19
1,865
13
14
5
22
2,246
20
20
12
24
2,281
14
15
5
39
3,030
13
15
1
41
1,278
11
16
6
42
1,876
14
15
1
43
4,015
20
20
3
46
2,722
15
16
1
47
2,172
19
11
3
48
3,705
16
18
8
49
2,696
17
12
5
50
5,181
17
17
13
51
5,217
14
14
13
52
2,384
16
16
15
Vol. 7 - Nº 1 - jan/mar 2002 e Nº 2 - abr/jun 2002
N-NH4 (mg/L)
engenharia sanitária e ambiental
89
C ARL
OS HIRAKA
W A, ROQUE PASSOS PIVELI, PEDRO ALEM SOBRINHO
ARLOS
IRAKAW
25
E sg. B ru to
E fl. UA S B
Efl. B A S
15
N -N H
4
(m g /L)
20
10
5
0
14
15
16
19
22
24
39
41
42
43
46
47
48
49
50
51
52
T e m po de O pera ç ão (S em a nas )
T axa d e A p lic açã o
(kg D Q O /m 3 .dia )
Figura 8 - Gráfico da variação de nitrogênio amoniacal (N-NH4) no esgoto bruto e nos efluentes do UASB e do BAS
6
5
4
3
2
1
0
14
15
16
19
22
24
39
41
42
43
46
47
48
49
50
51
52
T e m po de O pera ç ão (S em a nas )
Figura 9 - Gráfico da variação da taxa de aplicação (TA) no BAS
O conjunto formado pelo reator
UASB e pelo BAS apresentou, de modo
geral, bons resultados na remoção de
matéria orgânica e de sólidos em suspensão.
Nas condições em que foi testado,
com taxas de aplicação de 0,74 a 4,02
kgDQO/m3.dia, o BAS apresentou com
regularidade bons resultados na remoção
de matéria orgânica (DQO e DBO5,20) e
de sólidos em suspensão totais (SST) e
voláteis (SSV). Em relação aos parâmetros
DQO e DBO5,20, inclusive, sua eficiência foi ditada mais pela qualidade do
efluente do reator UASB que pelas taxas
operacionais a que foi submetido. No
período em que a eficiência média do reator UASB na remoção de DQO total foi
de 59%, a contribuição média do BAS
foi de 64%, removendo em conjunto
85% da DQO total do esgoto bruto. Em
seguida à reposição parcial dos sólidos,
quando a eficiência média do UASB diminuiu para 44%, a parcela removida no
BAS aumentou para 69%, propiciando
eficiência global de 87%. Mesmo na fase
de menor eficiência do reator UASB, com
percentuais inferiores a 30%, o BAS conseguiu manter em praticamente metade
desse período desempenho capaz de assegurar percentual mínimo de 80%.
A eficiência na remoção de matéria
orgânica expressa em DBO5,20 variou de
83% a 96%, percentuais que possibilitam obediência à legislação ambiental do
Estado de São Paulo quanto a esse
Tabela 5 - Taxa de remoção (TR) de DQO no reator BAS em função da taxa de aplicação (TA)
90
Tempo de
Operação
Efl. UASB
Efl. BAS
Vazão BAS
Taxa de
Filtração
TA
TR
Semanas
mgDQO/L
mgDQO/L
L/m
m3/m2.h
kgDQO/m3.d
kgDQO/m3.d
0
118
47
0,420
1,43
2,604
1,567
3
90
39
0,290
0,98
1,371
0,777
4
95
23
0,300
1,02
1,498
1,135
5
92
18
0,290
0,98
1,402
1,128
9
117
45
0,330
1,12
2,029
1,249
10
165
35
0,320
1,09
2,774
2,186
11
92
58
0,270
0,92
1,305
0,482
12
28
12
0,500
1,70
0,736
0,420
engenharia sanitária e ambiental
Vol. 7 - Nº 1 - jan/mar 2002 e Nº 2 - abr/jun 2002
B IOFIL
TRO AERADO SUBMERSO APLICADO AO POS-T RTAMENTO
IOFILTRO
ESGOTO SANITÁRIO
DE EFL
UENTES DE REA
TOR
FLUENTES
EATOR
U
ASB – ESTUDO EM ESCALA PIL
OTO
ILOTO
UASB
COM
Tabela 5 - Taxa de remoção (TR) de DQO no reator BAS em função da taxa de
aplicação (TA) (continuação)
Tempo de
Operação
Efl. UASB
Efl. BAS
Vazão BAS
Taxa de
Filtração
TA
TR
Semanas
mgDQO/L
mgDQO/L
L/m
m3/m2.h
kgDQO/m3.d
kgDQO/m3.d
13
112
40
0,540
1,83
3,178
2,043
14
81
38
0,510
1,73
2,171
1,152
15
55
33
0,540
1,83
1,561
0,624
16
70
31
0,500
1,70
1,839
1,025
19
71
4
0,500
1,70
1,865
1,760
21
119
65
0,400
1,36
2,501
1,135
22
95
24
0,450
1,53
2,246
1,679
24
124
98
0,350
1,19
2,281
0,478
36
101
61
0,320
1,09
1,698
0,673
37
165
94
0,320
1,09
2,774
1,194
38
83
24
0,360
1,22
1,570
1,116
39
124
24
0,465
-
3,030
2,443
40
156
28
0,460
1,56
3,771
3,094
41
64
24
0,380
1,29
1,278
0,799
42
105
30
0,340
1,15
1,876
1,340
43
191
24
0,400
1,36
4,015
3,510
44
331
41
0,320
1,09
5,566
4,876
46
157
39
0,330
1,12
2,722
2,046
47
106
38
0,390
1,33
2,172
1,394
48
141
59
0,500
1,70
3,705
2,154
49
90
49
0,570
1,94
2,696
1,228
50
290
113
0,340
1,15
5,181
3,162
51
292
55
0,340
1,15
5,217
4,234
52
216
33
0,210
0,71
2,384
2,019
Vol. 7 - Nº 1 - jan/mar 2002 e Nº 2 - abr/jun 2002
engenharia sanitária e ambiental
91
C ARL
OS HIRAKA
W A, ROQUE PASSOS PIVELI, PEDRO ALEM SOBRINHO
ARLOS
IRAKAW
TR (kgDQO/m 3.dia)
6,0
TR = 0,8409 x TA - 0,4377
R2 = 0,8481
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
TA (kgDQO/m3.dia)
Figura 10 - Taxa de remoção (TR) de DQO no BAS em função da taxa de aplicação (TA)
Tabela 6 - Taxa de remoção (TR) de DBO no reator BAS em
função da taxa de aplicação (TA)
Efl. UASB
Efl. BAS
Vazão BAS
Taxa de
Filtração
TA
TR
Semanas
mgDBO/L
mgDBO/L
L/min
m3/m2.h
kgDBO/m3.d
kgDBO/m3.d
0
67
17
0,420
1,43
1,479
1,103
3
35
9
0,290
0,98
0,533
0,396
4
87
7
0,300
1,02
1,371
1,261
5
41
10
0,290
0,98
0,625
0,472
9
90
17
0,330
1,12
1,561
1,266
10
92
9
0,320
1,09
1,547
1,396
12
20
6
0,500
1,70
0,525
0,368
14
94
11
0,540
1,83
2,667
2,355
36
74
12
0,320
1,09
1,244
1,043
37
69
6
0,320
1,09
1,160
1,059
TR (kgDBO/m 3.dia)
Tempo de
Operação
2,50
2,00
TR = 0,9139 x TA - 0,0899
R2 = 0,9830
1,50
1,00
0,50
0,00
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
TA (kgDBO/m3.dia)
Figura 11 - Taxa de remoção (TR) de DBO no BAS em função da taxa de aplicação (TA)
92
engenharia sanitária e ambiental
Vol. 7 - Nº 1 - jan/mar 2002 e Nº 2 - abr/jun 2002
B IOFIL
TRO AERADO SUBMERSO APLICADO AO POS-T RTAMENTO
IOFILTRO
ESGOTO SANITÁRIO
DE EFL
UENTES DE REA
TOR
FLUENTES
EATOR
U
ASB – ESTUDO EM ESCALA PIL
OTO
ILOTO
UASB
COM
Tabela 7 - Taxa de remoção (TR) de SST no reator BAS em
função da taxa de aplicação (TA)
Tempo de
Operação
Efl. UASB
Efl. BAS
Vazão BAS
Taxa de
Aplicação
TA
TR
Semanas
mgSST/L
mgSST/L
L/min
m3/m2.h
kgSST/m3.d
kgSST/m3.d
0
25
0
0,420
1,43
0,552
0,552
3
30
0
0,290
0,98
0,457
0,457
4
25
0
0,300
1,02
0,394
0,394
5
10
0
0,290
0,98
0,152
0,152
6
60
0
0,290
0,98
0,914
0,914
9
15
5
0,330
1,12
0,260
0,173
11
25
2
0,270
0,92
0,355
0,326
12
20
20
0,500
1,70
0,525
0,000
13
50
10
0,540
1,83
1,419
1,135
14
30
15
0,510
1,73
0,804
0,402
16
30
5
0,500
1,70
0,788
0,657
17
20
10
0,460
1,56
0,483
0,242
19
15
3
0,500
1,70
0,394
0,315
21
60
10
0,400
1,36
1,261
1,051
22
25
3
0,450
1,53
0,591
0,520
24
10
4
0,350
1,19
0,184
0,110
37
15
5
0,320
1,09
0,252
0,168
40
135
85
0,460
1,56
3,263
1,209
42
15
3
0,340
1,15
0,268
0,214
45
45
34
0,460
1,56
1,088
0,266
47
28
21
0,390
1,33
0,574
0,143
48
38
12
0,500
1,70
0,998
0,683
49
30
20
0,570
1,94
0,899
0,300
50
250
16
0,340
1,15
4,466
4,181
51
100
18
0,340
1,15
1,787
1,465
52
20
15
0,210
0,71
0,221
0,055
parâmetro. A concentração de sólidos em
suspensão totais (SST) variou de 0 (zero),
nas primeiras semanas de operação do sistema, a 34 mg/L, com valor médio de
9 mg/L.
Observou-se a remoção de nitrogênio amoniacal, tendo ocorrido nitrificação
parcial no BAS. Os melhores resultados
foram obtidos para taxas de aplicacão de
até 4,0 kgDQO/m3.dia, aproximadamente. O período de maior eficiência iniciou-se após cinco meses de operação da
unidade piloto e foi encerrado quando
ocorreu uma súbita elevação da taxa de
aplicação de DQO. Nesse período, que
durou cerca de dois meses, o valor médio
Vol. 7 - Nº 1 - jan/mar 2002 e Nº 2 - abr/jun 2002
de nitrogênio amoniacal no efluente final foi de 2,7 mg/L, com apenas um pico
de 6,0 mg/L. As concentrações inferiores
a 5 mgN-NH4/L foram obtidas para afluentes ao BAS com concentrações de até
16 mgN-NH4/L.
engenharia sanitária e ambiental
93
C ARL
OS HIRAKA
W A, ROQUE PASSOS PIVELI, PEDRO ALEM SOBRINHO
ARLOS
IRAKAW
4 ,0
T R = 0,76 2 1 x T A - 0 ,0 6 58
R 2 = 0 ,8 2 08
TR (kgSS/m
3
.dia)
5 ,0
3 ,0
2 ,0
1 ,0
0 ,0
0 ,0
0 ,5
1 ,0
1 ,5
2 ,0
2 ,5
3 ,0
3 ,5
4 ,0
4 ,5
5 ,0
T A (k gS S/m 3 .d ia)
Figura 12 - Taxa de remoção (TR) de SST no BAS em função da taxa de aplicação (TA)
CONCLUSÃO
LADA NO SOLO. p. 301-320. ABES. Rio
de Janeiro. 1999.
Os resultados obtidos no experimento permitem concluir que o BAS
possui, do ponto de vista técnico e
operacional, condições para promover o
tratamento complementar de efluente de
reator UASB com a eficiência requerida
para atender aos padrões de emissão definidos na legislação ambiental, em particular a do Estado de São Paulo.
A eficiência do BAS na remoção de
matéria orgânica expressa em DQO total
variou de 21% a 94%, com valor médio
de 63%. A concentração de DQO total
no efluente final variou de 4 a 98 mg/L,
com valor médio de 39 mg/L, sendo que
três dentre as 27 amostras apresentaram
valores superiores a 60 mg/L.
Em relação ao parâmetro DBO5,20,
referência na legislação ambiental para a
concentração de matéria orgânica, os resultados obtidos variaram na faixa de 6 a
17 mg/L, que significa um efluente com
boa qualidade.
Para taxas de aplicação de até 4,0
kgDQO/m3.dia, o BAS mostrou-se capaz de promover nitrificação com eficiência suficiente para manter, na maior
parte dos casos, concentração de nitrogênio amoniacal inferior a 5,0 mg/L no
efluente final do conjunto UASB-BAS.
ARVIN, E., HARREMOËS, P. Concepts and
models for biofilm reactor performance. Water
Science and Technology, v.22, p.171-192.
1990.
REFERÊNCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
ALEM SOBRINHO, P., KATO, M.T. Análise crítica do uso de processo anaeróbio para o
tratamento de esgotos sanitários. In: CAMPOS,
J.R. (coord.), TRATAMENTO DE ESGOTOS
SANITÁRIOS
POR
PROCESSO
ANAERÓBIO E DISPOSIÇÃO CONTRO-
94
CANLER, J.P., PERRET, J.M.Biological
aerated filters: assesment of the process based
on 12 sewage treatment plants. In:
INTERNATIONAL SPECIALIZED CONFERENCE ON BIOFILM REACTORS. Paris. 1993. Proceedings. p. 39-49. 1993.
MOTTA, S.L. Tratamento de esgoto doméstico
em bio-reator aeróbio de leito fixo submerso.
Rio de Janeiro, 1995. Dissertação de Mestrado.
COPPE/UFRJ. 1995
PUJOL, R., CANLER, J.P., IWEMA, A.
Biological aerated filters: an attractive and
alternative biological process. Water Science and
Technology. v.26, n.3-4, p.693-702. 1992.
RUSTEN, B. Wastewater treatment with aerated
submerged biological filters. Journal Water
Pollution Control Federation. v.56, n.5, p.424431. 1984.
CHERNICHARO,C.A.L.Reatores anaeróbios.
Princípios do tratamento biológico de águas
residuárias. Vol. 5. DESA-UFMG. Belo Horizonte. 1997.
STENSEL, H.D., BRENNER, R.C., LEE,
M.C., MELCER, H., RAKNESS, K. Biologial
aerated filter evaluation. Journal Environmental
Engineering. v.114, n.3, p.655-671. 1988.
COLLIVIGNARELLI, C., URBINI, G.,
FARNETI, A., BASSETTI A., BARBARESI,
U. Anaerobic-aerobic treatment of municipal
wastewater with full-scale upflow anaerobic
sludge blanket and attached biofilm reactors.
Water Science and Technology. V.22, p.475482. 1990.
VIEIRA, S.M.M. Tratamento de esgotos domésticos por reator anaeróbio de fluxo ascendente e manto de lodo - Reator UASB. São
Paulo, 1997. Tese de doutorado. Faculdade de
Saúde Pública da Universidade de São Paulo.
GONÇALVES, R.F. Aspectos teóricos e práticos do tratamento de esgoto sanitário em
biofiltros aerados com leito granular submerso.
Seminário TENDÊNCIAS NO TRATAMENTO SIMPLIFICADO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS DOMÉSTICAS E INDUSTRIAIS.
Anais. Belo Horizonte: DESA/UFMG, p.128-43.
1996.
GONÇALVES, R.F., ARAÚJO, V.L.,
CHERNICHARO, C.A.L. Tratamento secundário de esgoto sanitário através da associação
em série de reatores UASB e biofiltros aerados
submersos. XIX CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E
AMBIENTAL 1997. Anais [em CD-ROM].
Foz do Iguaçu, PA. 1997.
GONZALEZ-MARTINEZ, S., DUQUELUCIANO, J. Aerobic submerged biofilm
reactors for wastewater treatment. Water
Research. v.26, n.6, p.825-833. 1992.
IWAI, S., KITAO, T. Wastewater treatment with
microbial films. Technomic Publishing Company,
Inc. Lancaster, USA. 183 p. 1994.
engenharia sanitária e ambiental
VON SPERLING, M. Introdução à qualidade
das águas e ao tratamento de esgotos. Princípios
do tratamento biológico de águas residuárias,
v.1. Belo Horizonte. DESA-UFMG. 1995.
VON SPERLING, M. Princípios básicos do
tratamento de esgotos. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. v.2. Belo
Horizonte. DESA-UFMG. 1996.
Endereço para
correspondência:
Carlos Hirakawa
Av.Brig. Luiz Antonio, 733
Bl. C - Apt. 121
CEP: 01317-904
São Paulo - SP
Tel. (11) 3242-3418
[email protected]
Vol. 7 - Nº 1 - jan/mar 2002 e Nº 2 - abr/jun 2002