digestao-anaerobica

REATORES "UASB" Por Carlos Fernandes

1. HISTÓRICO

Nos anos após o desenvolvimento dos sistemas de segunda geração o digestor anaeróbio de fluxo ascendente, UASB, tem se destacado por ser muito mais aplicado que os outros. Os UASB são 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 biológico que se encontra em sua parte inferior, e passa por um separador de fases enquanto escoa em direção à superfície.

O UASB que no Brasil inicialmente foi nomeado como digestor anaeróbio de fluxo ascendente (DAFA) foi desenvolvido na década 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 avanço na campo da tecnologia da clarificação de águas residuárias.

Inicialmente a tecnologia UASB foi desenvolvida para tratamento de águas residuárias industriais concentradas. A idéia de testar o processo UASB para tratamento de águas residuárias domésticas nasceu de discussões sobre tecnologias apropriadas para países em desenvolvimento e seus testes tiveram início em 1976 (Kooijmans et al, 1986). Aos poucos, este estudo foi sendo desenvolvido, principalmente para condições tropicais, com o pioneirismo do seu emprego em escala real feito em Cali, na Colômbia, sob supervisão dos seus criadores, os holandeses. O sucesso em Cali deu impulso à credibilidade da tecnologia de modo que este tipo de reator também foi levado para às condições indianas e unidades operacionais foram instaladas e estão em funcionamento desde 1989, em Kanpur e Mirzapur, cidades às margens do Rio Ganges.

Hoje este tipo de reator encontra-se bastante difundido e tem sido aplicado para tratamento de muitos tipos de águas residuárias, sendo o aspecto essencial do processo a natureza da biomassa ativa (Quarmby e Forster, 1995).

2. FUNCIONAMENTO

O reator Uasb em sua coluna ascendente consiste de um leito de lodo, sludge bed, uma zona de sedimentação, sludge blanket, e o separador de fase, gas-solid separator - GSS (Narnoli e Mehrotra, 1996). Este separador de fases, um dispositivo característico do reator (van Haandel e Lettinga, 1994), tem a finalidade de dividir a zona de digestão (parte inferior), onde se encontra a manta de lodo responsável pela digestão anaeróbia, e a zona de sedimentação (parte superior). A água residuária, que segue uma trajetória ascendente dentro do reator, desde a sua parte mais baixa, atravessa a zona de digestão escoando a seguir pelas passagens do separador de fases e alcançando a zona de sedimentação.

A água residuária após entrar e ser distribuída pelo fundo do reator UASB, flui pela zona de digestão, onde se encontra o leito de lodo, ocorrendo a mistura do material orgânico nela presente com o lodo. Os sólidos orgânicos suspensos são quebrados, biodegradados e digeridos através de uma transformação anaeróbia, resultando na produção de biogás e no crescimento da biomassa bacteriana. O biogás segue em trajetória ascendente com o líquido, após este ultrapassar a camada de lodo, em direção ao separador de fases.

No separador de fases, a área disponível para o escoamento ascendente do líquido deve ser de tal forma que o líquido, ao se aproximar da superfície líquida livre, tenha sua velocidade progressivamente reduzida, de modo a ser superada pela velocidade de sedimentação das partículas, oriundas dos flocos de lodo arrastados pelas condições hidráulicas ou flotados. Isto possibilita que este material sólido que passa pelas aberturas no separador de fases, alcançando a zona superior do reator, possa se sedimentar sobre a superfície inclinada do separador de fases. Naturalmente que esta condição dependerá das condições hidráulicas do escoamento. Desse modo, o acúmulo sucessivo de sólidos implicará consequentemente, no aumento contínuo do peso desse material o qual, em um dado momento, tornar-se-á maior que a força de atrito e, então, deslizarão, voltando para a zona de digestão, na parte inferior do reator. Assim, a presença de uma zona de sedimentação acima do separador de fases resulta na retenção do lodo, permitindo a presença de uma grande massa na zona de digestão, enquanto se descarrega um efluente substancialmente livre de sólidos sedimentáveis (van Haandel e Lettinga, 1994).

Na parte interna do separador de fases fica a câmara de acumulação do biogás que se forma na zona de digestão. O projeto do UASB garante os dois pré-requisitos para digestão anaeróbia eficiente: a) através do escoamento ascensional do afluente passando pela camada de lodo, assegura-se um contato intenso entre o material orgânico e o lodo e b) o decantador interno garante a retenção de uma grande massa de lodo no reator (van Haandel e Catunda,1995). Com o fluxo ascendente a estabilização da matéria orgânica ocorre na zona da manta de lodo, não havendo necessidade de dispositivos de mistura, pois esta é promovida pelo fluxo ascensional e pelas bolhas de gás (Oliva, 1997).

3. FORMAS

Os reatores anaeróbios de manta de lodo foram inicialmente concebidos para tratamento de efluentes industriais como estruturas cilíndricas ou prismático-retangulares, nos quais as áreas dos compartimentos de digestão e de decantação eram iguais, configurando-se, portanto, reatores de paredes verticais. A adaptação destes reatores para tratamento de águas residuárias de baixa concentração (como os esgotos domésticos) tem levado a diferentes configurações em função dos aspectos principais descritos a seguir.

A obrigatoriedade de dotar o reator anaeróbio de condições físicas que sejam favoráveis à imobilização em flocos ou grânulos da biomassa ativa ao mesmo tempo que garanta sua retenção dentro dele constitui-se no principal fator de estabelecimento da configuração adequada, visto que a desagregação ou perda de lodo já imobilizado em maior ou menor quantidade terá muito a ver com a paralela eficiência do reator.

A mistura e contato da matéria orgânica a ser biodegradada com a biomassa, a imobilização em colônias de massa viva e a sua retenção podem ser muito favorecidas com a agitação promovida pela geração e movimentação ascensional do biogás, porém esgotos muitos diluídos dependerão muito mais das condições hidráulicas em virtude da pequena produção gasosa.

Em relação à forma dos reatores em planta, estes podem ser circulares ou retangulares. Os reatores de seção circular são mais econômicos do ponto de vista estrutural, sendo mais utilizados para atendimento a pequenas populações, usualmente com uma unidade única. Para atendimento a populações maiores, quando a modulação se torna necessária, os reatores retangulares passam a ser mais indicados, uma vez que uma parede pode servir a dois módulos contíguos. A Figura 1 mostra esquematicamente as mais freqüentes formas de reatores UASB (Haandel e Lettinga, 1994).

Figura 1 - Esquemas mais freqüentes de formas de reatores UASB

4. CRITÉRIOS DE PROJETO

O sucesso de qualquer processo anaeróbio, especialmente os de alta taxa, depende fundamentalmente da manutenção dentro dos reatores, de uma biomasssa adaptada com elevada atividade microbiológica e resistência a choques. Um dos aspectos mais importantes do processo anaeróbio através de reatores de manta de lodo é sua habilidade em desenvolver e manter um lodo de elevada atividade e de excelentes características de sedimentação. Para que isto ocorra, diversas medidas devem ser observadas em relação ao projeto e a operação do sistema.

No projeto de reatores tipo UASB tratando esgotos de baixa concentração, o dimensionamento é feito pelo critério de carga hidráulica, e não pela carga orgânica. Nesta situação, a velocidade ascendente nos compartimentos de digestão e de decantação passa a ser de fundamental importância: velocidades excessivas resultam na perda de biomassa do sistema reduzindo a estabilidade do processo. Como conseqüência, a altura do reator deve ser reduzida, aumentando-se a sua seção transversal, a fim de garantir a manutenção das velocidades ascensionais dentro das faixas adequadas.

A quantidade de esgotos aplicada diariamente ao reator, por unidade de volume deste, chama-se de carga hidráulica volumétrica. O tempo de detenção hidráulica é o inverso da carga hidráulica volumétrica. Estudos experimentais demonstraram que a carga volumétrica não deve ultrapassar o valor de 5,0 m³/m².dia, o que eqüivale a um tempo de detenção hidráulica mínimo de 4,8 horas (1/5 x 24 horas).

O projeto de reatores com valores superiores de carga hidráulica (ou inferiores de tempo de detenção hidráulica) pode prejudicar o funcionamento do sistema em relação aos seguintes aspectos:

• 1. perda excessiva de biomassa do sistema, devido ao arraste do lodo com o efluente;

  2. redução do tempo de retenção celular (idade do lodo) e conseqüente diminuição do grau de estabilização dos sólidos;

  3. possibilidade de falha do sistema, uma vez que o tempo de permanência da biomassa no sistema pode ser inferior ao seu tempo de crescimento.

Pelo exposto anteriormente, o parâmetro TDH é de fundamental importância. Para temperaturas médias próximas de 20 ^oC, o TDH pode variar de 6 a 16 horas, dependendo do tipo de despejo. Estudos em escala-piloto com reatores operados a uma temperatura média de 25 ^oC, alimentados com esgoto doméstico com alcalinidade relativamente elevada, mostraram que TDH da ordem de 4 horas não afetam o desempenho desses reatores, nem a sua estabilidade operacional. Para esgotos domésticos sendo tratados na faixa de temperatura em torno de 20 ^oC, tem-se adotado tempos de detenção hidráulica da ordem de 8 a 10 horas para a vazão média. O tempo de detenção para a vazão máxima não deve ser inferior a 4 horas, e os picos de vazão máxima não deverão prolongar-se por mais de 4 a 6 horas. No Quadro 1 são apresentadas algumas diretrizes para o estabelecimento dos tempos de detenção hidráulica em projetos de reatores de manta de lodo tratando esgotos domésticos.

Conhecendo-se a vazão de projeto o volume do reator é igual ao produto desta vazão pelo tempo médio de permanência desta vazão no interior do citado reator. Este tempo necessário para que um hipotético seguimento de fluxo atravesse o reator chama-se de tempo de detenção hidráulica – TDH.

Quadro 1 - Tempos de detenção hidráulica em reatores UASB

Fonte: Lettinga & Hulshoff Pol (1991)

5. OPERACIONALIDADE

Quanto às medidas para acompanhamento de um reator anaeróbio de manta de lodo, segundo Chernicharo et al., 1997, o sistema de amostragem deve ser constituído por uma série de registros instalados ao longo da altura do compartimento de digestão a fim de possibilitar a monitoração 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 através da determinação do perfil dos sólidos e da massa de microrganismos presentes no sistema e a atividade metanogênica específica desta massa. Esse monitoramento possibilitará à operação maior controle sobre os sólidos do sistema, identificando a altura do leito de lodo no reator, possibilitando o estabelecimento de estratégias de descarte (quantidade e freqüência) e determinação dos pontos ideais de descarte do lodo, em função dos resultados dos testes de atividade metanogênica específica e das características do lodo. A avaliação do lodo anaeróbio também é importante no sentido de classificar o potencial da biomassa na conversão de substratos solúveis em metano e dióxido de carbono. Para que essa biomassa possa ser preservada e monitorada, torna-se necessário o desenvolvimento de técnicas para a avaliação da atividade microbiana dos reatores anaeróbios, notadamente as bactérias metanogênicas.

Para efeito de avaliação da situação interna recomenda-se a instalação de pontos de coleta de amostras construídos com tubulações dotadas de registros a partir da base do reator com as seguintes características: espaçamento de 50 centímetros com saídas de 40 ou 50 milímetros, controladas com registros de fechamento rápido tipo esfera.

Medidas de avaliação da concentração de sólidos voláteis podem ser efetuadas a partir da determinação das concentrações amostrais conseguidas nos pontos de coleta do reator possibilitam a estimativa da massa de microrganismos e a sua distribuição ao longo do reator, tanto por setores como no total da coluna.

Um aspecto operacional importante em um sistema com lodos em suspensão como no caso do reator UASB, é a descarga de lodo de excesso. A sistemática de descarte do lodo destina-se a extração periódica de parcela deste lodo, que cresce em excesso no reator, possibilitando também a retirada de material inerte que eventualmente venha a se acumular no fundo do reator.

Este descarte tem que obedecer duas recomendações básicas: a retirada deve ocorrer quando a capacidade de retenção do reator estiver exaurida e o residual deve ficar em um mínimo de modo que não haja prejuízo na continuidade do processo de digestão da matéria orgânica 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 digestão, de forma a propiciar maior flexibilidade operacional. Recomenda-se tubos ou mangotes de 100 milímetros de diâmetro para escoamento do lodo de descarte.

6. PRODUÇÃO DE LODO

Nos reatores tipo UASB, o controle do fluxo ascendente é essencial pois, a mistura e retenção da biomassa adequados, permitem que o lodo permaneça em suspensão com uma mobilidade limitada em um espaço na vertical do interior do reator. A mistura do afluente com essa biomassa é favorecida pela agitação hidráulica promovida pelo fluxo ascensional, por efeitos de convecção térmica e do movimento permanente de bolhas de gases produzidos no processo digestivo da atividade bacteriana. É provável que ocorram situações em que o movimento ascensional das bolhas gasosas seja o mais importante no processo de mistura.

Essa dinâmica é essencial para que o processo anaeróbio por meio desse tipo de reator de manta de lodo se desenvolva e se mantenha em elevada atividade e com ótima capacidade de sedimentação.

O desenvolvimento do lodo anaeróbio é resultante da transformação da matéria orgânica no sistema. Como este crescimento é contínuo, isto implica na necessidade periódica de descarte de parcela do volume de lodo acumulado, como certamente teria de ocorrer com qualquer outro sistema de tratamento de afluentes de águas residuárias, sob pena do processo perder eficiência na qualidade do efluente. Porém, justamente em função da baixa taxa do volume gerado no processo anaeróbio, cerca de 0,10 a 0,20 kg SST/ kg DQO_afluente, (Campos, 1999), entre outros, é neste aspecto que o sistema anaeróbio se torna mais vantajoso que os aeróbios.

Caso não haja uma boa separação das fases sólida-líquida, fazendo com que no reator permaneça a biomassa ao longo de toda sua coluna, e/ou não sejam feitos descartes periódicos adequados, haverá excesso de lodo perdido através do efluente, reduzindo a qualidade de seu efluente. O tempo de detenção hidráulica também é um fator importante nesta consideração e, na maioria das vezes, deve estar entre 6 e 10 horas (Campos, 1999).

Para que se tenha controle destes fatores negativos, faz-se necessária uma avaliação da DQO do efluente decantado. Este procedimento é obtido com a decantação 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 equação que representa a concentração de sólidos esperada para o efluente (Campos, 1999), representada da seguinte forma:

SS = (250 / TDH) + 10, onde

SS - concentração de sólidos suspensos no efluente em mg/l,

TDH - Tempo de detenção hidráulica em horas e

250 e 10 são constantes empíricas.

7. COMPOSIÇÃO DO LODO

Os microrganismos presentes em alta concentração no reator biológico, aderidos uns aos outros formam flocos ou grânulos sedimentáveis, denominados de lodo. A retenção do lodo no interior do reator origina uma espessa camada através da qual a matéria orgânica solúvel será biodegradada e o material particulado adsorvido. Posteriormente o material biodegradável particulado será estabilizado pelo lodo..

As partículas floculentas ou granulares distribuem-se ao longo da manta e, dependendo da agitação hidráulica no meio, podem apresentar uma manta com características homogêneas (lodo mais disperso e com muita mobilidade) ou claramente estratificada (lodo mais granulado e com densidades muito diferentes). Quanto mais granulado maior concentração de lodo no fundo do reator, formando camadas mais densas e estacionárias. A agitação hidráulica e a densidade mais homogênea são condições essenciais para um melhor desempenho da biomassa e sua expansão interna no reator. O grau de agitação definirá a expansão do leito de biomassa e a diferença de densidade determinará a formação ou não de camadas estacionárias dentro deste leito e junto ao fundo do reator.

Com relação ao fenômeno da granulação pode-se dizer que o lodo granulado é definido como uma biomassa com propriedades adequadas para os sistemas anaeróbios de fluxo ascendente, onde ocorre a metanogênese (Bezerra, 1998). Os grânulos que compõem esse lodo apresentam geralmente formato esférico, superfície bem definida e, no caso em estudo com diâmetros em torno de 5 milímetros, observados visualmente. Segundo Schmidt e Ahring (1996) e Chernicharo (1997) citados por Bezerra (1998), a formação dos grânulos estaria relacionada com fatores físicos, químicos e biológicos como:

- afluentes ricos em carboidratos e ácidos voláteis;

- à compressão gravitacional das partículas de lodo e a taxa de liberação de biogás;

- condições favoráveis para o crescimento de bactérias metanogênicas;

- velocidade ascensional do líquido através do manto de lodo.

Nos reatores UASB as camadas inferiores da biomassa invariavelmente são mais densas e estacionárias que as superiores, até mesmo como conseqüência da menor presença ou passagem de bolhas de gás à medida que se aprofunda mais o leito. O importante é que o mecanismo de entrada do afluente e a agitação hidráulica sejam suficientes para não favorecerem a formação de zonas mortas e o aparecimento de caminhos preferenciais ou curtos-circuitos hidráulicos, empobrecendo a mistura da matéria orgânica com a biomassa.

Independentemente da maior ou menor eficiência do reator, o lodo formado sempre terá uma fração de material inorgânico em função da floculação de sólidos minerais suspensos presentes no afluente ou da presença de sais insolúveis gerados no interior do próprio reator. Essas partículas inertes normalmente se encontram envolvidas completamente por uma massa de bactérias, o que dificulta a quantificação da biomassa.

Embora haja diversos métodos para avaliar a quantidade e a atividade bacteriana em digestores anaeróbios, na maioria são bastante sofisticados e não podem ser adotados como parâmetros rotineiros para controle e monitoramento de reatores em operação em escala real, principalmente pela não disponibilidade de laboratório capacitado. Usualmente essa avaliação é desenvolvida por meio da determinação do perfil dos sólidos, partindo-se do princípio que a quantificação dos sólidos voláteis é uma medida bastante idealizadora da massa celular presente no interior do reator. As amostras de material coletadas em vários níveis de altura ao longo do reator e analisadas gravimetricamente, normalmente expressas em peso por volume (gSVT/ l), permitem a quantificação dessa massa e o estabelecimento do perfil de dispersão no seu interior.

8. EFICIÊNCIA

O tratamento de esgotos utilizando reator UASB constitui um método eficiente e relativamente de baixo custo para se removerem matéria orgânica e sólidos em suspensão, diminuindo consideravelmente o potencial poluidor dos esgotos após o tratamento (Bezerra et al.,1998).

Para um mesmo tempo de detenção a razão área/profundidade não influi marcadamente sobre a eficiência de remoção do material orgânico e a massa de sólidos voláteis varia muito pouco com o tempo de detenção e a configuração dos reatores (Sousa et al., 1998).

Enquanto o reator não estiver cheio de lodo, uma parte do lodo produzido acumular-se-á no seu interior, enquanto outra parcela será descarregada junto com o afluente. Esta parte descarregada cresce com a redução do tempo de detenção hidráulica Para evitar que o lodo produzido seja descarregado junto com o efluente, diminuindo a qualidade, periodicamente são executadas descargas de lodo de modo a aliviar o volume de material sólido acumulado no interior do reator. Normalmente a capacidade de digestão do lodo acumulado num reator UASB tratando esgoto doméstico é muito maior do que a carga orgânica de modo que se pode dar descargas grandes de lodo de excesso sem prejudicar a eficiência ou a estabilidade operacional do reator. Segundo Medeiros et al., 1998, para tempos de detenção hidráulica de 4 a 8 horas é possível dar descargas de 50 a 60% da massa de lodo sem prejuízo do seu desempenho. Descargas de 80 % resultam numa redução temporária da eficiência de remoção da DQO e um aumento da concentração de ácidos voláteis no efluente, sem contudo ameaçar a estabilidade operacional.

O lodo também pode conter uma fração orgânica inerte que se origina da floculação de matéria orgânica biodegradável, mas particulada presente no afluente e, dependendo das condições operacionais, é possível que apareçam no efluente juntamente com outras partículas não metabolizadas, resultante de inadequadas condições hidráulicas ou de população bacteriana insuficiente. Outro problema que pode afetar o rendimento é volume do resíduo endógeno que, sabe-se, cresce com o prolongamento do período de atividade da massa bacteriana.

9. VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS REATORES UASB

À primeira vista, a grande vantagem de um UASB, relacionando com a sua eficiência de remoção de DBO e de sólidos, é o seu curto tempo de detenção hidráulica, em torno de 6 horas para remoção de cerca de 80 por cento da DBO e 75 por cento dos sólidos em suspensão! Em sistemas de lodo ativado e em lagoas de estabilização o tempo de permanência é da ordem de 12 a 24 h e de 20 a 30 dias respectivamente.

Segundo van Haandel e Catunda (1995), apoiados em estudos desenvolvidos com um reator em escala real, tratando os esgotos domésticos gerados pela população do Bairro do Pedregal, Campina Grande, Paraíba, além das vantagens inerentes dos processos anaeróbios, os reatores UASB podem se tornar uma opção viável pois podem ser aplicados em vários pontos da rede de esgoto, "pulverizando-se" assim o sistema de tratamento, o que reduz significativamente os custos de construção da rede coletora e de condutores de esgoto. Ainda segundo os mesmos autores, requerem menor área de construção (aproximadamente 0,01 m² por habitante (lagoas de estabilização necessitam de 3 ou 4 m² por habitante).

A razão área/profundidade não tem influência significativa sobre o seu desempenho, podendo os valores de área em planta e a profundidade serem determinados principalmente pelos custos de construção e as características do terreno disponível para sua construção (Sousa et al., 1998).

O UASB não causa transtornos para a população beneficiada: O sistema é "invisível" (enterrado), não espalha odores e não causa proliferação de insetos (4) a produção de lodo biológico é pequena e o lodo de excesso já sai estabilizado e com concentração elevada, podendo ser secado diretamente em leitos de secagem. operação e manutenção são extremamente simples podendo ser feito por pessoal não especializado: precisa-se reter areia e desentupir tubulações obstruídas. A construção do UASB é simples podendo ser usados materiais e mão de obra locais. O custo de construção e de operação tendem a ser bem menores que os de outros sistemas de tratamento de esgoto (van Haandel e Catunda, 1996).

Porém, é de conhecimento geral que uma significativa desvantagem do UASB seria sua baixa eficiência quanto à remoção de patógenos e nutrientes, sendo isto bastante compreensível, considerando-se o baixo tempo de detenção hidráulica deste tipo de reator. Entretanto, já foi demonstrado que este tipo de reator pode ser usado, por exemplo, em combinação com lagoas de estabilização, podendo-se obter um efluente de boa qualidade higiênica em um sistema que ocupa menos que metade da área necessária para um sistema de lagoas convencionais (Dixo et al., 1995). Por outro lado, a combinação do UASB com um sistema de lodo ativado permite obter uma qualidade excelente do efluente, tendo-se menos que metade do volume de reatores, da produção de lodo e do consumo de oxigênio de um sistema convencional de lodo ativado. Dessa maneira, tanto no caso de se aplicar lagoas de estabilização como no caso de lodo ativado é sempre uma excelente providência ter um reator UASB como pré-tratamento de águas residuárias domésticas (Haandel e Catunda, 1995).

10. UASB COMO PRÉ-TRATAMENTO

A aceitação do reator anaeróbio como principal unidade de tratamento, deve-se à constatação de que esta unidade pode remover em torno de 70 % da matéria orgânica sem dispêndio de energia externa ou adição de substâncias químicas. Assim unidades posteriores podem ser usadas sem cuidados prévios para remoção de parcelas remanescentes.

Estações mistas de tratamento de esgotos têm sido projetadas com muita freqüência ultimamente e funcionado satisfatoriamente, com unidades anaeróbias seguidas de aeróbias, trazendo melhores resultados aliados a menores custos que as tradicionais exclusivamente aeróbias.

10.1. Com lodos ativados

Segundo van Haandel e Catunda (1996), no sistema de lodo ativado, a sobrecarga tem duas vertentes:

- a sobrecarga orgânica manifesta-se quando falta capacidade de aeração do sistema: a demanda de oxigênio para o metabolismo das bactérias é maior que a capacidade de transferência pelos aeradores;

- a sobrecarga hidráulica traz como conseqüência o fato de o decantador de lodo tornar-se ineficiente na separação das fases sólida e líquida, tendo-se perda de lodo no efluente tornando este de qualidade inferior por causa da presença de material sólido e biodegradável.

Devido ao bom desempenho do UASB, abre-se a possibilidade de se aumentar a capacidade de tratamento de sistemas de lodo ativado convencionais através da transformação do digestor de lodo em um UASB. Dependendo da idade de lodo no sistema de lodo ativado, o aumento da carga orgânica e da carga hidráulica que se pode aplicar está na faixa de 2 a 3 vezes comparado com o sistema de lodo ativado convencional (van Haandel e Catunda, 1996).

10.2. Com lagoas de estabilização

O tratamento anaeróbio constitui um pré-tratamento eficiente para reduzir a área necessária para lagoas de estabilização (LEs). Em sistemas convencionais de lagoas de estabilização o pré-tratamento ocorre em uma lagoa anaeróbia (LAn). Esta unidade pode ser substituída com grandes vantagens econômicas, estéticas e ambientais por um digestor anaeróbio de fluxo ascendente. Segundo van Haandel e Catunda (1996), pode-se agrupar essas vantagens da seguinte forma.

Vantagens econômicas:

1. o tamanho da unidade de pré-tratamento é reduzido drasticamente: Para a mesma eficiência de remoção de material orgânico o UASB é 20 a 30 vezes menor que a LAn;

2. o sistema de LE que recebe o efluente do UASB é muito menor porque é factível aplicar o regime tubular;

3. vários sistemas UASB + LE podem ser construídos na mesma cidade, resultando em uma redução importante dos custos da rede de esgoto.

Vantagens estéticas:

1. o biogás produzido pode ser capturado no UASB e usado como fonte de energia ou simplesmente queimado, evitando maus odores oriundos da unidade;

2. o reator DAFA pode ser construído como uma unidade quase invisível e imperceptível, inserido harmonicamente na paisagem.

Vantagens ambientais:

1. metano é capturado e pode ser queimado, evitando-se a sua emissão para a atmosfera, onde contribuiria para o efeito estufa;

2. uma alta eficiência de remoção de patógenos é factível num sistema compacto;

3. sob condições adequadas (sol + temperatura elevada), tanto nitrogênio como fósforo podem ser removidos eficientemente sem necessidade de adição de substâncias químicas.

11. VARIAÇÕES DE VAZÃO

A vazão de projeto é o parâmetro inicial mais importante para dsimensionamento de uma unidade de tratamento de esgotos. No caso específico de reatores UASBs que operam a taxas elevadas (TDH entre 4 e 6 horas), variações bruscas de vazão podem levar a sobrecargas hidráulicas volumétricas, reduzindo o desempenho dessas unidades pois, quando há perdas de sólidos biológicos conseqüentemente há queda no rendimento do reator.

Especificamente, os sistemas coletores de esgotos domésticos são caracterizados por apresentarem significativas variações de vazão. Nos coletores de esgotos as flutuações mais interessantes para efeito de projeto são as horárias e dependem da simultaneidade das descargas e das distâncias a serem percorridas até às unidades de tratamento. As variações diárias e mensais, as quais estão diretamente relacionadas com a curva de consumo de água, dependem, pois, dos fatores que afetam o comportamento desta curva e com as possíveis infiltrações subterrâneas e ligações clandestinas de águas de origem pluvial.

Na entrada das estações de tratamento, em função da extensão da rede, estas flutuações podem estar amortecidas, considerando que, hidraulicamente, quanto maior o percurso maior será o amortecimento dos picos de vazão, associado à defasagem entre os pontos de contribuição distribuídos ao longo da rede coletora.

Porém, nem sempre é possível reunir todas as vazões em um só destino final a não ser que sejam projetados recalques de uma ou mais bacias de esgotamento para uma canalização a jusante (sistemas distritais), originando pulsos de vazões bombeadas que poderão ocorrer de forma simultânea com outros efluentes de elevatórias, alterando sensivelmente a vazão de trabalho da unidade de tratamento e reduzindo, pois, seu tempo de detenção e, consequentemente, seu rendimento.

Em geral, quando se deseja projetar sistemas de esgotos sanitários, recomenda-se que as variações de vazão sejam cuidadosamente avaliadas, através de dados de campo ou de dados de áreas com características semelhantes à desejada, ao invés de adotarem-se dados clássicos da literatura (Oliva, 1997).

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