digestão anaeróbia_prof.paulobelli

8/6/2019 Digestão Anaeróbia_Prof.PauloBelli

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DIGESTÃO ANAERÓBIA

Universidade Federal de Santa CatarinaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental

Processos Biológicos em Engenharia AmbientalProf. Paulo Belli FilhoEngº Wanderli LeiteMoreira



DIGESTÃO ANAERÓBIAUniversidade Federal de Santa CatarinaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia AmbientalProcessos Biológicos em Engenharia AmbientalProf. Paulo Belli Filho

SUMÁRIOINTRODUÇÃO...................................................................................... 3

CONFIGURAÇÃO DE REATORES..................................................... 45

DIGESTORES / LAGOAS................................................................... 48

REATORES UASB............................................................................... 69

DIGESTORES ANAERÓBIOS RURAIS..............................................97

BIOGÁS.............................................................................................. 104



INTRODUÇÃO

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Evolução do processo anaeróbio• 1981 – Jornal Cosmos – Louis Moura – Tanque Moura – câmara

para estocar esgotos – “A mais simples, a mais bela, a maisimportante e maior invenção moderna”;

• 1890 – Tanque com pedra – precursores do filtro anaeróbio;• 1905 – Tanque Imhoff (Karl Imhoff);• 1914 – 75 cidades/EUA com Tanque Imhoff;

▫ Uso do biogás para residências.

• 1930 – Digestor de lodos de ETE;▫ Uso do biogás em motores.

• 1950 – Digestor anaeróbio de contato;• 1960 – Filtro anaeróbio;• 1972 – Leito fluidizado/expandido anaeróbio;• 1980 – Reator UASB;• 1990 – Reatores híbridos;

• 2000 – Pós tratamento.▫ GEE

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Aplicabilidade do tratamento anaeróbio

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Tratamento de esgoto sanitário• Busca pela otimização de processos que ocorrem

naturalmente no meio ambiente

• A matéria orgânica presente no esgoto não édestruída, apenas convertida a compostos maissimples▫ Necessariamente haverão subprodutos e/ou resíduos

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Aplicabilidade do tratamento anaeróbio

Produção deaçúcar;

Amido de batata; Amido de trigo;

Destilarias deálcool;

Pescados e frutosdo mar;

Papel e celulose;Destilarias/Whisky;

Fermento depadarias;

Vinhos;

Refrigerantes;Cervejarias;Conservasalimentícias;

Banana;Processamento de

café;

Matadouros;Chorume;Esgotos sanitários;Dejetos de animais;

Resíduos sólidos;

Lodos de ETE´s.

Álcool;

Aldeídos; Anilina;

Ácidos orgânicos;

Nitrobenzenos;

Fenol; Acetonas;

Glicoles;

Quininos;

Cresol.

PROCESSOS CLASSE DOSDESPEJOS

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Fundamentação teórica1. Digestão anaeróbia

A digestão anaeróbia é um processo biológico quetransforma a matéria orgânica solubilizada ou semi-líquida (lodo) em biogás constituído principalmente emgás metano (CH4) e gás carbono (CO2).

C6H12O6 → 3CO2 + 3CH4

Este processo engloba múltiplas etapas na ausência deoxigênio e sob ação de microorganismos. Osmecanismos bioquímicos e as atividadesmicrobiológicas são complexas e não bem conhecidas.Estas dependem da natureza do substrato a tratar e de

condições físico-químicas.

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Vantagens e desvantagens• Vantagens

▫ Baixa produção de lodo (↓ Y);

▫ Lodo produzido é estabilizado e facilmente dispostoem destino final;▫ Baixa necessidade de nutrientes;▫ Não necessita de energia para aeração;▫ Produz metano (CH4) que é uma fonte alternativa de

energia;▫ Admite elevadas cargas orgânicas;▫ O lodo pode ser preservado em longo tempo;▫ Reatores modernos otimizam e melhoram a eficiência;▫ Muita potencialidade para países de clima tropical.

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Vantagens e desvantagens• Desvantagens/Limitações

▫ Processo sensível à alguns compostos;▫ Período longo para adquirir a estabilização do sistema;▫ Requer pós tratamento do efluente: anaeróbio seguido detratamento (aeróbio, solo, wetland,...);▫ Poucas informações resultante de poucas pesquisas;▫ Mercado concorrente incentiva a aquisição de equipamentos;▫ A natureza do material orgânico a ser tratado;▫ A existência de fatores ambientais adequados à digestão

anaeróbia;▫ Característica da população bacteriana;▫ Intensidade do contato entre o material orgânico afluente do

reator e as bactérias;▫ Tempo de retenção hidráulico.

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Mecanismos da digestão anaeróbia• Processo bioquímico de múltiplos estágios (três) com a intervençãopredominante de bactérias e alguns fungos, capazes de estabilizar diferentes

tipos de matéria orgânica.

1. Enzimas quebram compostos orgânicos complexos, como celulose,proteínas e lipídios, em compostos solúveis, como ácidos graxos,

álcoois, dióxido de carbono e amônia.

2. Microrganismos convertem os produtos do primeiro estágio em ácidoacético, propiônico, hidrogênio, dióxido de carbono, além de outrosácidos orgânicos de baixo peso molecular.

3. Dois grupos de bactérias formadoras de metano entram em ação: umgrupo consegue produzir metano a partir de dióxido de carbono ehidrogênio, enquanto um segundo grupo realiza a conversão deacetatos em metano e bicarbonatos.

HIDRÓLISE → ACIDOGÊNESE/ACETOGÊNESE → METANOGÊNESE.

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Fenômenos Biológicos Anaeróbios

Consórcio bacterianoEsgoto = Matéria Orgânica

Aminoácidos, açucares e ácidos graxos

Ácidos graxos, Piruvato e outros

Acetato e Hidrogênio

CH4 e CO2

Hidrólise

Acidogênese

Acetogênese

Metanogênese

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Fases da digestão anaeróbia• Hidrólise: na fase hidrólise, os polímeros orgânicos são convertidos em

compostos de menor peso molecular (monômeros) solúveis sobre a ação deexo-enzimas produzidas pela população microbiana facultativa;

• Acidogênese: os produtos hidrolisados ou liquefeitos são metabolizadosatravés de bactérias fermentativas em compostos orgânicos mais simples,tais como, álcoois, aldeídos, acetonas, ácidos graxos voláteis de curtacadeia, CO2 e H2.

• Acetogênese: é uma etapa reguladora do processo. É a conversão doscompostos da acidogênese em produtos que formarão o gás metano: ácidoacético, CO2 e H2.

• Metanogênese: o ácido acético,CO2 e H2 produzido pela acetogênesesão convertidos em gás metano e em CO2.▫ Os dois caminhos de formação do metano são através da redução do CO2 e pela

descarboxilação do ácido acético.

Sulfato-redutoras e desnitrificantes: responsáveis pela redução do íon

sulfato (SO4) a íon sulfeto (S

-2

), enquanto as desnitrificantes reduzem onitrato (NO3-) a nitrogênio gasoso (N2).

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15

6



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Fasesda digestãoanaeróbia

1: Hidrolise2: Fermetação3: (i) Acetogênese sintotrófica

(ii) Homoacetogênese

4: (i) Metanogênese hidrogenotrófica(ii) Metanogênese acetoclástica

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Fatores que afetam a digestãoanaeróbia

• A eficiência e estabilidade do processo de

digestão anaeróbia são variáveis diretamenterelacionadas às características do afluente e doambiente sobre o digestor.

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Fatores que afetam a digestão anaeróbia

• Necessidade de matériaorgânica, nitrogênio efósforo

• Necessidades nutricionais:

DQO / N / P DBO5 / N / P

2500 / 5 / 1 500 / 5 / 1

100 / 5 / 1 -

600 / 5 / 1 200 / 5 / 1

Elementos Concentração(mg.L-1 )

N 142

P 12

K 21

S (Sulfato) 5,2

Fe 4

Co 0,3

Zn 0,0024

V 0,022Mo 0,02

Cu 0,019

Mn 0,014

Ni 0,012

Bo 0,009

20

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Fatores que afetam a digestão

anaeróbia• pH e sistema tampão:▫ A atividade das bactérias metanogênicas depende do pH;▫ Depende da produção dos ácidos orgânicos e da degradação

desses compostos em metano;

▫ Condições ótimas: 6,6 à 7,6;• Equilíbrio ácido-base:▫ Assegurada pelo equilíbrio HCO3

- ↔ CO2 dissolvido nomeio;

▫ Produção e consumo do CO2;

▫ Produção e consumo dos AGV;▫ Produção de amônia;▫ Liberação de cátions metálicos pela eliminação metabólica

de ânions orgânicos.;▫ Alcalinidade HCO3

- no digestor: 1000 – 3000 mg.L-1

21

22




Inibição bacteriana em função do pH da Amônia:

22

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Fatores que afetam a digestão anaeróbiaRelação entre a produção acumulada do biogás (à esquerda) e do CH4 (à direita)em função do acúmulo de ácido acético.

Evolução da concentração dos diversosácidos graxos voláteis envolvidos nadigestão anaeróbia.

23

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• Temperatura▫ Determinante para a sua

eficiência e produção de

biogás; Psicofílico - <25oC. Mesofílico – 25 à 45oC (35 oC) Termofílico – 45 à 75oC;

Produção de biogás em função da temperatura e dotempo (m³ de biogás/m³ de dejetos de suínos):

24

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Produção específica de biogás (dejetos suínos)

T=20oC;TRH=22d

T=20oC;TRH=30d

T=35oC;TRH=22d

T=35oC;TRH=30d

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• Potencial redox:

– Acetogênicas emetanogênicas < - 300mV;

– Oxigênio/outras

substâncias oxidantes:podem paralisar ometabolismo e alterar oequilíbrio do sistema.

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• Íon sulfato (SO42-)

▫ O hidrogênio sulforoso(H2S) produzido naredução microbiológicado sulfato é o resultadode uma competição pelomesmo substrato (ácidoacético e H2) entre as bactérias metanogênicase bactérias redutoras desulfato;

▫ H2S pode ser tóxico àsmetanogênicas;

Produção de CH4 em RBS com sulfeto.∆ controle; 40mg/l; 80mg/l; 160mg/l;

320mg/l; 500mg/l; 640mg/l;

800mg/l; 960mg/l

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• Equações da redução do sulfato e da produção dometano a partir do ácido acético e do hidrogênio:▫ Redução do sulfato:

CH3COO- + SO42- ↔ HS- + 2HCO3

- ∆G = -47 Kj 4H2 + H+ + SO4

2- ↔ HS- + 4H2O ∆G =-152 Kj▫ Produção do metano:

CH3COO- + H2O ↔ CH4 + HCO3- ∆G = -31 Kj

4H2 + HCO3- + H+ ↔ CH4 + 3H2O ∆G = -136 Kj• Inibição bacteriana pelo enxofre (mg/l):

∆Go < 0 : Reação

espontânea;desloca para a direita.

As energias livres mostramque a redução do sulfato émais fácil que atransformação de metano

Inibição Bactéria

nãoaclimatada

Bactéria

aclimatada

Fraca 50 400 a 600

Forte 200 a 300 800 a 1000

total 400 1000

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• Metais pesados

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Efeito do pH natoxicidade dos metais

Zn

Cu

Cd Ni

SO42

-

C o n c e n t r a ç ã o d e m e t a l q u e c a u

s a 9 0 % d e

i

n i b i ç ã o ( M m )

pH

Limites de toxicidade parametais pesados na digestão

anaeróbia

30

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Cinética e modelização dos processosanaeróbios

• A cinética dos processos de digestão anaeróbia sãoessenciais para o conhecimento do crescimento e dometabolismo bacteriano.

• Catabolismo fermentativo:

CxH y Oz + [(4x – y – 2z)/4]H2O → [(4x – y + 2z)/8]CO2 +[(4x + y – 2z)/8]CH4

▫ Conversão da matéria orgânica em metano: A) Glicose como fonte de energia:

C6H12O6 3CO2 + 3CH4 → 3CO2 + 3CH4

180g 132g 48g

B) A oxidação do metano: 3CH4 + 6O2 → 3CO2 + 6H2O

DBO48g 192g

31

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Cinética e modelização dos processosanaeróbios• A relação DBO/Glicose é 192/180 e 1kg de glicose

(m.o.) produz em CH4:Kg CH4 = (48/180)/(192/180) = 0,25

▫ Cada kg de DBO convertido produz 0,25kg de metano.Logo, o volume de 0,25kg de metano produzido pelaestabilização da matéria orgânica pode ser calculado

como segue: V CH4 = 0,25kg(10³ g/kg) . 1 mol . 22,4 l (10³ l/m³) = 0,35m³ 16g 1 mol

1 kg DBOremovida = 0,35 m³ CH4

32

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Cinética e modelização dos processosanaeróbios• Equações cinéticas:

Aplicação em RMC:

Taxa específica máximade crescimento

Taxa de utilização desubstrato

Taxa de crescimentobacteriano

µ

S

33

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Cinética e modelização dos processos

anaeróbiosModelos cinéticos usados nos processos detratamento microbiológico anaeróbio:

34

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Cinética e modelização dos processosanaeróbios• Padrões cinéticos para conversão anaeróbia mesofílica de substratos

orgânicos

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Bactérias• Bactérias fermentativas

▫ Famílias: Streptococcoceae; Bacillaceae;Enterobacteriaceae;

▫ Gênero: Bactenóides; Clostridium; Butynivibrio;Eubacterium; Bitidobacterium; Lactobacillus;

• Bactérias produtoras de H2▫ Syntrophomonas wollei; Syntrophobacter wolimii;

• Bactérias homoacetogênicas▫ Clostridium aceticum; Acetobacterium woodili;

• Bactérias metanogênicas

3

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Algumas características das bactériasprodutoras de metano (COUPLET & ALBAGNAC)

37

38



3

39



Aparato para medição de biogás

Adaptado de van Haandel & Lettinga, 1984.

39

40



Correção de eventuais problemas durante

a operação de reatores anaeróbiosDesprendimento de odores desagradáveis

Possíveis causas Possíveis soluções

Sobrecarga de esgoto comconseqüente diminuição do tempo de

detenção;

Diminuir a vazão afluente à unidadecom problemas;

Elevadas concentrações de compostosde enxofre no esgoto afluente;

Verificar a possibilidade de reduzir asconcentrações de sulfetos no sistema;

Elevadas concentrações de ácidos voláteis no reator, alcalinidade

reduzida e queda do pH;

Adicionar cal hidratada, a fim deelevar a alcalinidade do reator e

manter o pH próximo a 7,0 (6,8 a 7,4);Presença de substâncias tóxicas noesgoto;

Localizar e eliminar as fontes desubstâncias tóxicas;

Queda brusca da temperatura doesgoto.

Caso o reator não seja coberto, avaliara possibilidade de cobrí-lo.

4

41



Efluente contendo elevado teor de sólidos suspensos


Sobrecarga vazão de esgoto, com consequenteelevação das velocidades superficiais;

Diminuir a vazão afluente à unidade comproblemas;

Elevadas concentrações de sólidos suspensosno afluente;

Verificar a possibilidade de remoção desólidos a montante dos reatores;

Excesso de sólidos no reator. Proporcionar o descarte do excesso de sólidospresentes no sistema.

Queda da produção de biogás


Vazamentos nas tubulações de gás; Corrigir os vazamentos;

Entupimento das tubulações de gás; Desentupir as tubulações de gás;

Elevadas concentrações de ácidos voláteis no

reator, alcalinidade reduzida e queda do pH;

Adicionar cal hidratada, a fim de elevar a

alcalinidade do reator e manter o pH próximoa 7,0 (6,8 a 7,4);

Presença de substâncias tóxicas no esgoto; Localizar e eliminar as fontes de substânciastóxicas;

Queda brusca da temperatura Caso o reator não seja coberto, avaliar a

possibilidade de cobrí-lo.

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Queda da eficiência do sistema

Possíveis causas Possíveis soluçõesSobrecarga de esgoto com conseqüentediminuição do tempo de detenção;


Elevadas concentrações de ácidos voláteis noreator, alcalinidade reduzida e queda do pH;

Adicionar cal hidratada, a fim de elevar aalcalinidade do reator e manter o pH próximoa 7,0 (6,8 a 7,4);

Perda excessiva de sólidos do sistema, comredução do leito e da manta de lodo;

Diminuir a vazão afluente à unidade comproblemas ou retirar temporariamente oreator de operação;

Presença de substâncias tóxicas no esgoto; Localizar e eliminar as fontes de substânciastóxicas;

Queda brusca da temperatura de esgoto. Eventualmente, retirar o reator de operaçãoaté que ocorra a redução dos ácidos voláteis.

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Proliferação de insetos


Presença de camada de escuma e óleo quenormalmete se forma nos reatores anaeróbios.

Aplicar dosagens adequadas de algum tipo deinseticida, de modo a não prejudicar o

funcionamento do reator;Remover a camada de escuma e aterraradequadamente;Caso o reator não seja coberto, avaliar apossibilidade de cobrí-lo.

Flutuação de grânulosPossíveis causas Possíveis soluções

Sobrecarga de esgoto com conseqüentediminuição do tempo de detenção;


Reinicialização da operação do sistema, apóslongos períodos de paralização.

Reinicializar o sistema com aplicação demenores cargas volumétricas.

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Programa de monitoramento

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CONFIGURAÇÃO DE REATORES

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• Digestoresconvencionais

• θ ~ θc

• Digestores nãoconvencionais

• θ c>> θ

Configuração de digestores

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Processos de tratamento anaeróbio

Tanque séptico

Reator anaeróbio de manta de lodo

Filtro anaeróbio

Leito expandido

Digestor de contato

Mixing

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DIGESTORES / LAGOAS

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Digestores / Lagoas• Alto teor de SSTa) Fator de carga: SVT (Kg/m³ . dia);

▫ Baixa carga de sólidos 0,5 a 1,6 Kg SVT/m³.d ; Sem agitação; Único estágio.

▫ Alta carga de sólidos

1,6 a 6,4 Kg SVT/m³.d ; Agitado; 1 ou 2 estágios:

1º estágio: 3 a 4 Kg SVT/m³.d ; e θ = 10 dias; 2º estágio: θ = 2 a 4 dias;

50



Digestores / Lagoas• Temperatura

Digestor de alta carga Digestor de baixa cargaTºC Θ (dias) TºC Θ (dias)

18 28 10 75

24 20 16 56

30 14 21 4235 10 27 30

32 25

38 24

51



Digestor de baixa taxa Digestor de alta taxa

1 estágio

52



Digestor de alta taxa

1o estágio(Completamente

misturado)

2o estágio(Estratificado)

53



Lodoafluente

Efluentelíquido

Efluentegasoso

Lododescarte

Lodo (entradasecundária)



55



Digestor anaeróbio de lodo(Plug Flow)

Afluente Biogás

Sobrenadante

Lodoexcedente

Efluente

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Tempo necessário paradigestão da matéria

orgânica em diferentestemperaturas

Variação da produçãode biogás em função

do tempo e datemperatura

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Degradação do material volátil em função doTDH e das características do digestor

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• O filtro anaeróbio é, basicamente, uma unidadede contato, na qual o esgoto passa através deuma massa de sólidos biológicos contidos dentrodo reator, que pode se apresentar em três formasdistintas:• Na forma de uma fina camada de biofilme aderido às superfícies

do material suporte;• Na forma de biomassa retida nos interstícios do material suporte;• Na forma de flocos ou grânulos retidos no fundo falso, abaixo do

material suporte.

• Filtro Anaeróbio: Eficiência de 70 a 85%

Digestor de leito fixo (filtro anaeróbio)

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Biomassa nos Sistemas Anaeróbios

Retenção da BiomassaPor Adesão

Retenção por FloculaçãoRetenção por Granulação

Retenção Intersticial

Estrutura de arranjo bacteriano no grânulo



61



Digestor de leito fixo (filtro anaeróbio)

62



Digestor de leito fixo(Tanque séptico → filtro anaeróbio)

63



Digestor de leito fluidificado

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Digestor de leito fluidificado

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Lagoa anaeróbia

• Lagoas semsistema de

recuperação de

biogás emitemGEE para aatmosfera.

66



Lagoa anaeróbia

67



Lagoa anaeróbia (coberta)

68



Estação de Tratamento de EsgotosLittleton / Englewood – Colorado/EUA.

Fonte: http://www.englewoodgov.org/index.aspx?page=113. Acesso em: 4. out. 2009.

69

http://www.englewoodgov.org/index.aspx?page=113

http://www.englewoodgov.org/index.aspx?page=113



REATOR UASB

70



Reator UASB 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 suaequipe, na Universidade de Wageningen - Holanda.

71



Reator UASBDo Inglês: Upflow A naerobic Sludge Blanket

Funcionamento: o esgoto afluente entra no fundodo reator e em seu movimento ascendente, atravessauma camada de lodo biológico que se encontra emsua parte inferior sofrendo degradação anaeróbia.Na parte superior existe um sistema de separação defases, constituído de decantador e defletor. Odefletor separa o biogás da fração líquida-sólida,evitando que este entre no decantador,proporcionando a sedimentação dos sólidos comretorno para a acamada ativa biologicamente.

72



Sistema dedistribuição

Manto de lodo

Biogásascendente

Defletor de biogás

Efluente bruto

Efluentetratado

Biogás

Componentes reator UASB



73

Reator UASB: Esquema de funcionamento



74

Reator UASB: Esquema de funcionamento

• UASB 2câmaras

de reação

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Reator UASB• Características : Esgotos sanitários/Fpolis

▫ Eficiência de remoção: DBO: 50 à 75% DBO5: 55 à 85% ST: 65 à 85% SST: 70 à 85%

▫ Tempo de detenção hidráulico: 4 à 12 horas

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Reator UASB• Vantagens

▫ Podem ser aplicados em vários pontos da rede de esgoto,"pulverizando-se" assim o sistema de tratamento, o que reduzsignificativamente os custos de construção da rede coletora e decondutores de esgoto;

▫ Requerem menor área de construção (aproximadamente 0,01 m2

por habitante (lagoas de estabilização necessitam de 3 ou 4 m2

por habitante);▫ Baixa produção de lodo e já estabilizado;▫ Gasto com energia nulo ou muito baixo;▫ Baixa demanda por nutrientes;▫ Produção de energia (biogás);▫ Altas cargas orgânicas (até 30 kgDQO/m3.dia);▫ Simples operação;

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Reator UASB• Desvantagens

▫ Baixa qualidade do efluente;▫ Não remove nutrientes;

▫ Geração de odor e corrosão (H2S);▫ Geração de escuma (gordura / material flotante);▫ Consórcio bacteriano complexo.

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79



Projeto/partida/operação de reatorUASB• 1) Separador gás/sólido/líquido

▫ Interface gás/líquido aproximadamente 20% da áreacom taxa inferior a 25 m³/m²/dia;

▫ Inclinação: 50º à 60º;• 2) TRH (θ = V/Q) (4 à 72 horas) função do despejo a

ser tratado;• 3) Altura

▫ h< 10m (DQO elevada e afluente solúvel);▫ H: 5 à 7m (DQO da ordem de 3000 mg/l);▫ h: 5m (DQO inferior a 1000 mg/l)

Ex: esgotos sanitários: TRH – 4 à 18 horas; h = 5m;

80% DQO e grânulos de ф 8mm.

80



Projeto/partida/operação de reator

UASB• 4) Taxa superficial: V (m/h) = h/θ▫ Vazão média: 0,5 – 0,7 m/h;▫ Vazão máxima: 0,9 – 1,2 m/h;▫ Vazão de pico (duração de 2 à 4 horas): 1,5 m/h.

• 5) Pontos de distribuição afluente▫ 1 ponto / 1 à 4m² de fundo do reator;▫ Função da DQO:

↑ DQO implica em menos pontos; ↓ DQO implica em mais pontos.

• 6) Carga orgânica volumétrica - COV (kgDQO/m³.dia) = Q . S / V

▫ Q: Vazão (m³/dia);▫ S: Concentração afluentes (kg DQO/m³);▫ V: Volume do reator (m³).

Exemplo para esgotos sanitários: COV de 2,5 a 3 kg DQO/m³.d

81



• 7) Compartimento de decantação▫ Taxa de decantação: 0,6 à 0,8 m/h;▫ TRH: 1 à 2 horas;▫ Abertura de acesso ao decantador: 2,5 m/h para vazão média.

• 8) Partida do reator▫ 8.1) Velocidade: 0,5 m/h▫ 8.2)Partida com inóculo adaptado – sem aclimatação;

Partida com inóculo não adaptado – com aclimatação;

Partida sem inóculo – autoinoculação Volume do inóculo = f(lodo de semeadura)

Ex. esgotos sanitários: 0,05 à 0,5 kgDQO / kg SSV . d (partida) 2 kgDQO / kg SSV . d (equilíbrio)

Projeto/partida/operação de reatorUASB

82



▫ 8.3) Aclimatação Diluir o efluente para DQO > 5000 mg/l;

Aumentar COV quando DQO, DBO atingir60% de eficiência; Manter a concentração de ácido acético de

1000 mg/l;

Para esgotos sanitários de 200 à 300 mg/l. pH aproximado de 7,0. 8.4) Acúmulo de lodo

Esgotos sanitários: 0,1 à 0,2 SST/kg DQO aplicada.

Projeto/partida/operação de reatorUASB



84



- Reator de manta de lodo UASB / RALF

- Circular

85




- Retangular

E MANTO DE LODO - UASBCORTE TRANSVERSAL

REATOR ANAERÓBIO DE FLUXO ASCENDENTE

SAÍDA DE GÁS e DESCARGA DE ESCUMA

SAÍDA DE GÁS - Ø 4" SAÍDA DE GÁS - Ø 4"

SELO HÍDRICO

DISTRIBUIDOR

CENTRAL DE VAZÃO

DESCARGA DE ESCUMA

QUEIMADOR

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E MANTO DE LODO - UASBCORTE TRANSVERSAL

REATOR ANAERÓBIO DE FLUXO ASCENDENTE

DISTRIBUIÇÃO e DESCARGA DE LODODISTRIBUIDOR

CENTRAL DE VAZÃO

D E S C A R G A D E D E L O D O

DISTRIBUIDORES

DESCARGA DE LODO

LONA



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93



SISTEMAS COMBINADOS:

Reator UASB + Aplicação no Solo

94



SISTEMAS COMBINADOS:

Reator UASB + Filtro biológico

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UASB – Associado a Filtro Percolador

ETE Experimental para 500habitantes – Belo Horizonte - MG

97



DIGESTORES ANAERÓBIOS

RURAIS

98



Modelo de biodigestor chinês

99



Aplicação rural do digestormodelo chinês

100



Modelo de biodigestor indiano

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Aplicação de digestor anaeróbio seguido de

lagoas para médias propriedades(Braço do Norte – SC)

l d d ób d d

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Aplicação de digestor anaeróbio seguido delagoas para médias propriedades

(Braço do Norte–

SC)

Digestão anaeróbia e aproveitamento

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Digestão anaeróbia e aproveitamentodos subprodutos – reuso e valorização

dos dejetos.

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BIOGÁS

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Biogás – Gás metano• O gás produzido durante o processo de digestão

anaeróbia, também conhecida como biogás, é

formado basicamente por metano, CO2 e pequenasconcentrações de nitrogênio, oxigênio e H2S, alémde traços de hidrocarbonetos voláteis.

• A densidade do biogás, assim como sua capacidade

calorífica, varia com a sua composição. Quantomaior a concentração de metano no biogás,maior será seu poder calorífico e menor suadensidade.

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Características dos gases formadores

do biogás• Metano (CH4) – inodoro, incolor e inflamável, com LIE de

5% e LSE de 15%. Possui densidade relativa inferior à do ar(0,55), sendo facilmente dispersado. Não é tóxico, embora emconcentrações elevadas possa reduzir a concentração de ar aníveis asfixiantes.

• Gás Carbônico (CO2) – inodoro, incolor e não inflamável.Possui densidade relativa superior à do ar (1,53), sendoasfixiante em concentrações acima de 2%.

• Gás Sulfídrico (H2S) – incolor, inflamável e com cheirocaracterístico de ovo podre. É irritante e asfixiante, emconcentrações superiores a 1% inibe o sistema olfativo eprovoca inconsciência. Possui densidade relativa próxima aoar (1,19), LIE de 4,3% e LSE de 43,5%.

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Composiçãotípica do biogás

Fontes de

dejetos

m³/animal . dia

Bovino 0,36

Suíno 0,18

Galinha 0,01

Homem 0,03

Produção debiogás por tipo

de animal

Bi á Gá t

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Biogás – Gás metano

• 1 m³ CH4▫ 1,1 litro gasolina▫ 0,66 litro diesel▫ 150 kg de lenha▫ 9,4 kWh

• 1 m³ Biogás▫ 0,8 kg carvão vegetal▫ 1,5 kg de lenha▫ 0,55 litros de óleo diesel▫ 0,58 litros de querosene▫ 0,7 litros de gasolina▫ 0,45 kg de GLP▫ 0,80 litros de carburante

▫ 0,74 kg de carvão mineral

• Poder calorífico de alguns combustíveis

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Dejetos de suínos–

características(Brasil)

Potencialidades de produção de gás

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Potencialidades de produção de gásmetano em SC através da produção animal

• Resultados práticos – UFSC/EMBRAPA ▫ Suínos → 260.000 m³/dia

• Potencialidade teórica▫ Suínos → 500.000 m³/dia

▫ Bovinos → 180.000 m³/dia

▫ Aves → ???

▫TOTAL → 680.000 m³/dia**

• GASBOL / SC – 1,3 milhões m³/dia;▫ 1m³ de CH4 ~ 0,62 l gasolina

0,79 l alcool.

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Santa Catarina

• Suinocultura / Bovinocultura / Avicultura1,2 MILHÕES m³ CH4/dia

SUINOCULTURA – 75.000 m³ CH4/dia120.000 famílias

Exemplo:3000 suínos = 84.000 KWh

80 famílias* GASBOL – 1,3 milhões m³/dia (R$ → US$ ??)

900.000 m³/dia

300.000 m³/dia

Análise do biogás112



Análise do biogás• Medição da quantidade de gás obtido

▫ Quantificar o gás produzido em volume• Análise da composição química dos principais componentes

▫ Composição de CO2; H2S; CH4

• Enriquecimento do gás em CH4

▫ Eliminação do CO2

e H2S.

Análise do biogás113



Análise do biogás(SANT´ANNA, 2009)

• Enriquecimento do biogás – Lavador de biogás do tipo torrede enchimento.

▫ Remoção de gássulfídrico (H2S) edióxido de carbono(CO2);

▫ Líquido de absorção:água

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Consumo de biogás – UsosDESTINO CONSUMO MÉDIO

Cozimento 0,33 m³/dia.pessoa

Iluminação (100 W) 0,12 m³/horaRefrigerador médio 2,2 m³/dia

Chuveiro 0,80 m³/banho

Motor 0,45 m³/hp/h Aquecedor de água (100ºC) 0,08 m³/litro

Eletricidade (1KWh) 0,62 m³/h



A Utilização do biogás como fonte de

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A – Utilização do biogás como fonte deenergia elétrica

• Uso de motor de combustão interna à gás comgerador de energia elétrica.

B – Utilização do biogás para aquecimento117



B Utilização do biogás para aquecimentodos biodigestores para otimização da

produção de CH4

• Aquecimento daágua aproveitando a

combustão de partedo biogás produzidoinicialmente a fim de

manter atemperatura do biodigestor natemperatura de

máxima produção do biogás sobretudo nosperíodos de inverno.

C – Utilização do biogás na geração de118



C Utilização do biogás na geração decalor para aquecimento de água e

cozimento de alimentos.• Aproveitamento da combustão do biogás em queimadores de

fogões e aquecedores de água para uso doméstico e outros fins.

D Utili ã d bi á ã d f i

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D – Utilização do biogás na geração de frio

em sistemas de refrigeração por absorção.• Aproveitamento da

combustão do biogás em

geladeiras operadas comsistemas de absorção afim de produzir frio paraser utilizadas na

conservação dealimentos.

D Utili ã d bi á ã d f i

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D – Utilização do biogás na geração de frio

em sistemas de refrigeração por absorção.• Aproveitamento da

combustão do biogás em

geladeiras operadas comsistemas de absorção afim de produzir frio paraser utilizadas na

conservação dealimentos.

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FIM

digestão anaeróbia_prof.paulobelli

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