digestÃo anaerÓbia reator uasb prof. paulo roberto koetz

DIGESTÃO ANAERÓBIA

Reator Uasb

Prof. Paulo Roberto Koetz

Lipídios

Ác. Graxos

Polissacarídeos

Açúcares

Proteínas

Amino ácidos

Ác. Nucleicos

Purina e Pirimidinas

HIDRÓLISE

ACIDOGÊNESE

METANOGÊNESE

Metano + Dióxido de Carbono

Outros produtos da fermentação (propionato, butirato, succinato, lactato, etanol, etc... Substratos metanogênicos

H2, CO2, Formiato,

Metanol, Metilaminas,

Acetato

ETAPAS DA DIGESTÃO ANAERÓBIA

Etapas da digestão anaeróbia

Fase Hidrolítica:Estritas e facultativas

Fase AcidogênicaEstritas e facultativas

Fase MetanogênicaArchae (Anaeróbias estritas)

Fatores físicos

Estado físicoLíquida ST < 4 %

TemperatutraFaixa Mesofílica: 30ºC a 35ºCFaixa Termofílica: 45ºC a 60ºC

Fatores ambientais

Grau de Biodegradabilidade da Matéria Orgânica

NutrientesNitrogênioFósforoMinerais e Micronutrientes orgânicos

pHArchae metanogênicas: 6,8 a 7,2Acidogênicas: 5,5 a 6,0Fermentativa: 5,5 a 7,0

Fatores ambientais

Potencial de OxireduçãoEh: 350 mV a 380 mV

AlcalinidadeAT = AB + 0,85 x 0,833 AV

Tamponamento do meio

Ácidos VoláteisAbaixamento do pH do meio

Fatores ambientais

Grau de agitação ou grau de contatoMetais Pesados

Fração solúvel dos metais é tóxica

Precipitação na forma de sulfetos ou carbonatos

Inibidores e AntibióticosCianetos

Nitrogênio Amoniacal

Oxigênio

Sulfetos e outros compostos de enxofre

Surfactantes

Fatores ambientais

NutrientespH

Metanogênicas: 6,8 - 7,2

Acidogênicas: 5,5 - 6,0

Fermentativa: 5,5 - 7,0

Potencial de OxireduçãoEh: 350 a 380 mV

Características do lodo

Alta decantabilidade.

Elevada superfície ativa.

Floculento ou granular.

Ocupa 30% do volume útil do reator.

Pouca ou nenhuma produção de lodo excedente.

Lodo excedente tem valor comercial

Tipos de efluentes

Orgânicos biodegradáveis

Equipamentos

Tanque de pré-acidificação

Controle de pH

Dosador de Nutrientes

Reator de acidificação (opcional)

Reator de metanização

Gasômetro

Tanque de estocagem de lodo

Filtro biológico (gases)

Queimador de biogás (Flare)

Dados de projeto

Concentração do efluente •1 000 mg.L-1 a 100 000 mg.L-1

Temperatura •20ºC a 55ºC

Pressão do coletor de gás•3,0 kPa a 10,0 kPa

Operacionalidade e Eficiência

EDQO = 50 % a 80 %

Cargas orgânicas: < 20 kg.m-3r.d-1

(DQO)Produção de gás: 0,5 m3.kg-1 DQO.Operação mínimaPouca manutençãoO gás é queimado ou aproveitadoO sistema pode parar por longos períodos (meses)

Energia e produtos químicos

Energia elétrica•bombas de recalque e dosadoras

Soda Cáustica

Nutrientes

Segurança e problemas ambientais

Acidificação produz mau cheiro•A cobertura do reator evita o mau cheiro

Formação de H2S

Pouca produção de lodo

Partida (Start up)

Determina a qualidade do lodo formado

O ideal é inocular o reator com um lodo anaeróbio de um reator UASB em operação

Inoculação• Lodo de reator UASB• lodo aeróbio• lodo anaeróbio não granular• esterco bovino coado• lodo de fundo de lagoa anaeróbia

UASB – Perfil hidráulico

Zona de digestão

Zona de sedimentação

Zona de separação sólido/líquido/gas

UASB - Valores usuais de projeto

B < 20 kg.m-3r.d-1 (DQO)

Va ,< 3 m.h-1

td > 6 h

H = 6 m

TRH: 16 h a 24 h

EDQO = 40 % a 90 %.

EDBO = 85 % a 90 %.

Reator UASB

Características do LodoAlta decantabilidade

Elevada superfície ativa

Floculento ou granular

Produção de biomassa em excesso

Pouca produção de lodo excedente.

Em geral, não existente.

Lodo excedente tem valor comercial

Reator UASB

AplicaçõesIndústrias de celulose

processamento de alimentos

Bebidas

Açúcar

Álcool

Amido

Arroz parboilizado

Reator UASB

As Archae metanogênicas

Archae

Vários grupos de Archae são capazes de usar o CO2 como receptor de eletrons.

O grupo mais importante são metanogênicos

A redução do carbonato é desfavorável devido ao seu baixo potencial de redução e pouca transformação de energia.

O carbonato é um dos mais comuns anions na natureza

Archae

Compostos que contenham elétrons de alta energia, como seus doadores de elétrons

Convertem CO2 a CH4

Elas são o único grupo de microrganismos que produzem um hidrocarboneto como produto final de seu metabolismo

Bactérias Homoacetogênicas

São redutoras do carbonato

Utilizam hidrogênio como fonte de elétrons

Reduzem CO2 a HAc

Metanogênicas hidrogenotróficas

As archae metanogênicas usam compostos que contenham eletrons de alta energia, como seus doadores de eletrons

Convertem CO2 a CH4

Único grupo de microrganismos que produzem um hidrocarboneto como produto final de seu metabolismo

OH 3 CH H H 4 HCO 24archae

2

1

3

Uasb

REATOR UASB

ANÁLISES PARA MONIORAMENTO

Parâmetro Afluente / Efluente Lodo ou gasesTemperatura diariamente diariamentepH diariamente diariamenteAlcalinidade Total 1 vez / semana 3 vezes / semanaÁcidos Voláteis 1 vez / semana diariamenteVolume de Gases diariamenteComposição dos Gases 3 vezes / semanaSólidos Suspensos 1 vez / semana 2 vezes / semanaDQO / DBO5 2 vezes / semanaCarbono Orgânico Total 1 vez / semanaNitrogênio Total 1 vez / semanaFósforo Total 1 vez / semanaNitrogênio Amoniacal 1 vez / semanaSulfeto Total 1 vez / semanaSulfeto Solúvel 1 vez / semanaSulfato Total 1 vez / semana