tcc - walney pereira cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/miq13027.pdf · •...

41
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA WALNEY PEREIRA CRUZ REMOÇÃO DE MATÉRIA ORGÂNICA DE ÁGUA RESIDUÁRIA DE MATADOURO UTILIZANDO REATOR ANERÓBIO HÍBRIDO Lorena 2013

Upload: others

Post on 20-Nov-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA

WALNEY PEREIRA CRUZ

REMOÇÃO DE MATÉRIA ORGÂNICA DE ÁGUA RESIDUÁRIA DE

MATADOURO UTILIZANDO REATOR ANERÓBIO HÍBRIDO

Lorena 2013

Page 2: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

WALNEY PEREIRA CRUZ

REMOÇÃO DE MATÉRIA ORGÂNICA DE ÁGUA RESIDUÁRIA DE

MATADOURO UTILIZANDO REATOR ANERÓBIO HÍBRIDO

Trabalho de Graduação apresentado à Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo, como requisito parcial para a conclusão de Graduação do curso de Engenharia Industrial Química. Área de Concentração: Engenharia Ambiental.

Orientadora : Prof. Dra. Teresa Cristina Brazil de Paiva

Lorena 2013

Page 3: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus de onde tirei força nos momentos difíceis e a meus pais,

Aparecida das Graças Pereira Cruz e Aguerdo Rodrigues Cruz por acreditar e

lutar junto comigo em busca desse objetivo.

Aos meus familiares de São José dos Campos por sempre me acolherem nos

momentos de estresse e cansaço, quando a saudade de casa apertava. Muito

obrigado por sempre se preocuparem comigo. Amo muito vocês.

Aos meus amigos de universidade que me ajudaram muito ao longo dessa

caminhada. Muito obrigado pelos momentos de desabafo, puxões de orelha,

caronas e ajuda muito bem vinda nas horas de estudo. Em especial: Ângela

Chag, Bárbara Pereira, Jorge Telles, Getúlio Coutinho, Yasmim Zajac, Michele

Gonçalves.

Aos meus compadres Leandro Marinho e Vivian Baptista, que através de vocês

pude conhecer pessoas e amigos incríveis tanto em Lorena, Cachoeira Paulista

e Resende. Pessoas que são para mim como uma segunda família. Me sinto

muito honrado em ser o padrinho dessa menina tão especial, Mariah Laura,

que Deus te abençoe.

Aos funcionários e colegas de trabalho do Laboratório de Ciências Ambientais

do Departamento de Biotecnologia da EEL, que tanto contribuíram para a

realização desse trabalho, em especial a Profª Drª Teresa Paiva pela

orientação desse trabalho.

Page 4: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

RESUMO

CRUZ, W. P. Remoção de Matéria Orgânica de Água Residuária de Matadouro Utilizando Reator Anaeróbio Híbrido. Trabalho de Graduação (Trabalho de Graduação em Engenharia Industrial Química) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2013. Matadouros utilizam grande quantidade de água durante o processamento da carne, resultado das sucessivas lavagens da mesma, evisceração do animal, limpeza das carcaças, higienização das bancadas, pisos e utensílios. Toda essa água utilizada se torna um resíduo líquido conhecido como água residuária de matadouro (ARM), com altas concentrações de matéria orgânica, nutrientes e outros contaminantes. A ARM possui relativa biodegradabilidade, sendo o tratamento biológico anaeróbio indicado para o tratamento deste resíduo. Duas tecnologias de tratamento anaeróbio que se destacam por serem amplamente utilizadas são o reator de filtro anaeróbio e o reator anaeróbio de manta de lodo. O reator anaeróbio híbrido (RAH) procura a combinação destes dois reatores em um mesmo reator. O presente trabalho apresenta a utilização do reator anaeróbio híbrido como tecnologia para remoção de matéria orgânica da ARM. O RAH se mostrou uma tecnologia indicada para este tratamento, onde obteve-se remoção de 60% de matéria orgânica tanto em termos de DQO quanto de DBO, além de remoção de 40% de sólidos totais e 60% para sólidos suspensos. Palavras-chave: Água Residuária de Matadouro, Reator Anaeróbio Híbrido.

Page 5: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

ABSTRACT

CRUZ, W. P. Removal of Organic Matter Constituent in Slaughterh ouse Waste Water Using Hybrid Anaerobic Reactor. Trabalho de Graduação (Trabalho de Graduação em Engenharia Industrial Química) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2013.

Slaughterhouses use large quantities of water during meat processing, result of successive washings of the same, evisceration of the animals, cleaning of carcasses, sanitizing of countertops, floors and fixtures. all that water used becomes a liquid residue known as slaughterhouse waste water (ARM), with high concentrations of organic matter, nutrients and other contaminants. The ARM has relative biodegradability, also the anaerobic biological treatment is indicated for this residue treatment. Two anaerobic treatment technology that stand out for being widely used are anaerobic filter reactor and the upflow anaerobic sludge blanket. The anaerobic hybrid reactor (RAH) searching the combination these two reactors in an one reactor. This paper discloses the use of anaerobic hybrid reactor as a technology for removal of organic matter of ARM. The RAH proved to be a suitable technology for this treatment, which was obtained removing of 60% of organic matter both in terms of COD as COB, removal addition of 40% of total solids and 60% of suspended solids. Keywords: Slaughterhouse Waste Water, Anaerobic Hybrid Reactor.

Page 6: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Esquema do reator anaeróbio híbrido (traduzido), utilizado por

Ramakrishnan e Gupta. ...................................................................................................18

Figura 2 – Gráfico variação da concentração de substrato ao longo do período

experimental em termos de mgDQO.L-1. ..........................................................................27

Figura 3 – Gráfico variação da COV ao longo do período experimental. .........................27

Figura 4 – Gráfico variação da COB ao longo do período experimental. ..........................28

Figura 5 – Gráfico variação da concentração de DQO na entrada e saída do reator. ......29

Figura 6 – Gráfico variação da concentração de DBO na entrada e saída do reator. .......30

Figura 7 – Gráfico variação da concentração de sólidos totais na entrada e saída do

reator. ..............................................................................................................................32

Figura 8 – Gráfico variação da concentração de sólidos totais fixos na entrada e saída

do reator. .........................................................................................................................33

Figura 9 – Gráfico variação da concentração de sólidos totais voláteis na entrada e

saída do reator. ................................................................................................................33

Figura 10 – Gráfico variação da concentração de sólidos dissolvidos totais na entrada

e saída do reator. .............................................................................................................34

Figura 11 – Gráfico variação da concentração de sólidos dissolvidos fixos na entrada e

saída do reator. ................................................................................................................35

Figura 12 – Gráfico variação da concentração de sólidos dissolvidos voláteis na

entrada e saída do reator. ................................................................................................35

Figura 13 – Gráfico variação da concentração de sólidos suspensos totais na entrada

e saída do reator. .............................................................................................................36

Figura 14 – Gráfico variação da concentração de sólidos suspensos fixos na entrada e

saída do reator. ................................................................................................................37

Figura 15 – Gráfico variação da concentração de sólidos suspensos voláteis na

entrada e saída do reator. ................................................................................................37

Page 7: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Características físicas, químicas e biológicas da ARM apresentadas por

alguns autores. ................................................................................................................13

Page 8: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 9

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................. 11

2.1 Produção de Carne no Brasil ......................................................................... 11

2.2 Água Residuária de Matadouro ...................................................................... 12

2.3 Tratamento Anaeróbio .................................................................................... 13

2.4 Reator Anaeróbio Híbrido ............................................................................... 14

3. MATERIAIS E MÉTODOS................................................................................ 21

3.1 O Efluente ...................................................................................................... 21

3.2 O Reator Anaeróbio Híbrido ........................................................................... 21

3.3 Parâmetros Operacionais do Reator .............................................................. 22

3.4 Remoção de Matéria Orgânica ....................................................................... 23

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ...................................................................... 26

4.1 Parâmetros Operacionais ............................................................................... 26

4.2 Remoção de DQO .......................................................................................... 29

4.3 Remoção de DBO .......................................................................................... 30

4.4 Remoção de Sólidos Totais ............................................................................ 31

4.5 Remoção de Sólidos Dissolvidos ................................................................... 34

4.6 Remoção de Sólidos Suspensos .................................................................... 36

5 CONCLUSÃO .................................................................................................... 38

REFERÊNCIAS .................................................................................................... 39

Page 9: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

9

1 INTRODUÇÃO

Os matadouros bovinos utilizam no processo de abate, grande quantidade

de água, durante a lavagem da carne e das instalações gerando um efluente

altamente concentrado contendo sangue, gordura, excrementos, tecidos, entre

outros, caracterizando-o como um efluente altamente poluidor.

A água residuária de matadouros possui altas concentrações de demanda

bioquímica de oxigênio (DBO520ºC) e demanda química de oxigênio (DQO),

podendo variar de acordo com a concentração dos constituintes, em especial o

sangue, que pode ou não ser separado no processo. As altas concentrações de

matéria orgânica consomem o oxigênio de corpos receptores, contaminando solos

e águas tanto subterrâneas quanto superficiais, além de ocasionar poluição

atmosférica, devido ao seu mau cheiro.

O tratamento anaeróbio é indicado para este tipo de efluente, devido a sua

relativa biodegradabilidade. Os processos anaeróbios degradam a matéria

orgânica em metano, o qual pode ser reaproveitado como energia. Isso

caracteriza este tipo de tratamento como uma tecnologia menos dependente de

fontes de energia.

Dentre os diversos tipos de reatores anaeróbios estudados, o reator

anaeróbio de manta de lodo (RAMAL/UASB) vem sendo pesquisados para fins

industriais. Outro método muito eficiente de tratamento é o filtro anaeróbio, que

apresenta uma grande superfície de contato entre o afluente e o lodo aderido. A

fim de conciliar as qualidades dessas tecnologias e ao mesmo tempo diminuir

suas deficiências, uma tecnologia híbrida vem sendo utilizada combinando esses

dois reatores, o reator anaeróbio híbrido, onde está presente tanto a manta de

lodo quanto um filtro anaeróbio. Isso torna o RAH capaz de trabalhar com altas

cargas de efluente, podendo diminuir o volume e o tempo necessário para o

tratamento.

Objetivo geral: o presente trabalho tem por objetivo estudar o desempenho

de reator anaeróbio híbrido na remoção de matéria orgânica (DBO520°C, DQO e

sólidos) de água residuária de matadouro.

Page 10: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

10

Objetivos específicos:

• Avaliar as eficiências de remoções de DBO520°C, DQO e sólidos durante o

processo de tratamento.

• Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção

Hidráulica (TDH), Cargas orgânicas volumétrica (COV), carga orgânica

biológica (COB) e carga hidráulica (CH).

Page 11: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

11

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Produção de Carne no Brasil

O Brasil tem quase 210 milhões de cabeças de gado, distribuídas em mais

de 200 milhões de hectares de pasto. O País possui o segundo maior rebanho

comercial do mundo, atrás apenas dos Estados Unidos, mas consolidou-se como

o maior exportador mundial de carne bovina. [1].

No Brasil, a carne bovina ocupa a segunda posição na preferência do

consumidor, perdendo para a de frango, que responde por 44% do consumo

doméstico de carnes. Mesmo não sendo o principal tipo de carne consumida no

Brasil, o mercado interno é responsável por cerca de 90% da produção nacional

de carne bovina.

A produção nacional de carne bovina mais que triplicou nos últimos dez

anos, passando de 3 milhões para 10,3 milhões de toneladas em 2011. Esse

avanço na produção possibilitou ao País exportar, naquele ano, 1,23 milhão de

toneladas para mais de 140 países, liderando as exportações mundiais de carne

bovina, com participação de 20% nesse mercado.

Em 2007 houve uma redução de exportação para a Europa, principal

importador de carne bovina brasileira. Essa perda de mercado foi compensada

pelo aumento das exportações para mercados emergentes, como Egito, Irã e

China. Embora não tenham o nível de exigência do consumidor europeu e não

demandem cortes tão nobres e a preços mais vantajosos, esses países devem

aumentar o consumo de carne brasileira.

Para 2013 há uma previsão de crescimento de 3% em relação ao ano

passado. Essa expectativa está baseada na continuidade do aumento da oferta

de boi gordo disponível para o abate. Embora a oferta aumente, o preço se

manterá estável devido a demanda mundial de carne bovina brasileira, frente à

estagnação da produção de carne bovina de outros países e à diminuição da

produção de carne de aves e suínos devido ao aumento dos preços dos grãos.

[2].

Page 12: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

12

2.2 Água Residuária de Matadouro

A Água é utilizada durante todo o processo de abate e processamento da

carne bovina gerando um resíduo líquido conhecido como água residuária de

matadouro (ARM). São gerados no processo de abate bovino, aproximadamente

2500 L de ARM por cabeça de gado. Os maiores volumes são obtidos na lavagem

da carne, higienização das bancadas e pisos, evisceração do animal e limpeza

das carcaças. [3,4]

De acordo com Scarassati et al., os resíduos gerados pelos abatedouros

são classificados de acordo com o local de geração: dentro ou fora do processo

de abate. Os resíduos gerados dentro do processo de abate são estercos de

curais, vômitos dos animais, conteúdo intestinal, gorduras. E os resíduos fora do

processo de abate são os resíduos sanitários comuns, porém em virtude do

pequeno volume gerado em relação ao processo de abate, esses resíduos

geralmente são tratados em forma conjunta com os resíduos do processo. [3,4]

O efluente dos matadouros possui uma grande carga de sólidos em

suspensão, nitrogênio orgânico, vírus, bactérias patogênicas e não patogênicas,

ovos de parasitas, altas concentrações de demanda bioquímica de oxigênio

(DBO520°C), de demanda química de oxigênio (DQO), podendo variar em função

dos cuidados na operação e com o reaproveitamento dos resíduos do processo

de produção. [5,6]

O sangue deve ter uma atenção especial devido à alta DBO520ºC que

apresenta, devendo ser coletado para seu reaproveitamento. A DBO520ºC do

efluente, quando o sangue é reaproveitado, é de cerca de 1500 mg.L-¹ e quando

não há reaproveitamento esse valor fica em torno de 10.000 mg.L-¹. Outro resíduo

que deve ser avaliado com cuidado são as gorduras e graxas, que apresentam

uma concentração variando entre 5.000 e 46.200 mg.L-¹, adotando-se uma média

de 24.500 mg.L-¹. Os resíduos da pança devem ser coletados separadamente e

conduzidos a esterqueira para futuro reaproveitamento como fertilizante. A

quantidade varia de 5 a 20 kg por animal. A temperatura do despejo apresenta

uma pequena variação em torno de 28oC. Essa temperatura, associada a

composição química e biológica do efluente, favorece a atividade bactericida dos

sistemas de tratamento naturais. [4]

Page 13: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

13

Na Tabela 1 é apresentado as características de águas residuais de

matadouro descrita por alguns pesquisadores.

Tabela 1. Características físicas, químicas e biológicas da ARM apresentadas por alguns autores.

Autores Parâmetros Físicos, Químicos e Biológicos analisados

pH AT DBO 520°C DQO total DQO dissolvida ST STV Ref

Beux et al. 6,2-8,4 283,3-1433,3 nd 1200-4388,9 Nd 1200-3900 400-1500 [7]

Torkian et al. 6,8-7,8 1208-1713 914-1917 3265-14285 2258-4956 Nd nd [8]

Borja et al. 6,40 620 6600 10410 Nd 7120 5150 [9]

Saddoud e Sayadi

7,53-7,7 Nd 3501-8030 7148-20400 5440-15500 Nd nd [10]

Caixeta et al. 6,3-6,6 Nd nd 2000-6200 Nd 850-6300 660-5250 [11]

Louvet et al. 6,6-7,7 Nd nd 5592-11750 Nd Nd nd [12]

Kreutz 6,2-8,5 119-1340 nd 837-1524 242-1432 1384-4273 nd [13]

Legenda: nd- não determinado; pH – potencial hidrogeniônico; AT- Alcalinidade total (mgCaCO3.L-

1); DBO520°C- Demanda Bioquímica de Oxigênio (mgO2.L

-1); DQO – Demanda Química de Oxigênio (mgO2.L

-1) (total: utilizou-se a amostra integra, dissolvida: utilizou-se para a análise amostra filtrada em membrana de porosidade 0,45 µm); ST – Sólidos Tótais (mg.L-1); STV - Sólidos Totais Voláteis (mg.L-1); Ref – Referências bibliográficas.

Estas características fazem das águas residuais de matadouro um resíduo

muito poluído. Por isso, o efluente de matadouro deve ser tratado antes de sua

descarga em águas receptoras para eliminar os seus efeitos críticos sobre o

ambiente e a saúde humana. Dessa forma, o tratamento de efluentes deve

atender aos padrões de qualidade ambiental estabelecidos em normas

específicas. [5]

2.3 Tratamento Anaeróbio

Os sistemas existentes hoje para tratamento de efluentes líquidos são

constituídos de etapas ou operações unitárias, que objetivam a remoção de

matéria orgânica e micro-organismos patogênicos. Para a remoção dos sólidos

grosseiros são utilizadas grades, peneiras, sedimentadores e flotadores (são

tanques onde a gordura se separa da água devido à diferença de peso específico,

onde a gordura flutua e posteriormente é retirada). Os sólidos coloidais que são

os que grudam, quando dissolvidos são removidos utilizando-se os tratamentos

Page 14: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

14

físico-químicos. Embora os processos químicos e físicos têm sido usados para

tratar efluentes de matadouros, o processo biológico é adequado para seu

tratamento devido às suas características relativamente biodegradáveis

(DBO/DQO > 0,4). [5,6]

As bactérias anaeróbias degradam os despejos orgânicos em gases

(principalmente metano e gás carbônico) com a produção de ácidos

intermediários. Porém a estabilização em condições anaeróbias é lenta, dado que

as bactérias anaeróbias se reproduzem lentamente. [5]

2.4 Reator Anaeróbio Híbrido

A tecnologia anaeróbia é hoje, aprovada e amplamente utilizada no que se

refere a tratamentos de efluentes. Um dos principais fatores que levaram ao

sucesso do tratamento anaeróbico foi o surgimento de reatores com alta taxa de

fluxo em que a retenção de biomassa e retenção de líquido são desacopladas.

Essas novas configurações possibilitaram manter a biomassa no reator e ao

mesmo tempo, uma alta taxa de fluxo com alta capacidade de tratamento e um

baixo requisito de área. Diversos processos foram desenvolvidos para operar os

reatores de digestão anaeróbia, cada um deles com várias vantagens. Uma das

mais comuns é o processo UASB que tem sido utilizado com sucesso no

tratamento de uma variedade de águas residuais. [14]

O reator UASB apresenta características positivas, como possibilidade em

operar com alta carga orgânica volumétrica (COV), baixo tempo de detenção

hidráulica (TDH) e ainda há a possibilidade de aproveitar o biogás formado para

produção de energia. Este reator tem sido amplamente adotado para o tratamento

de efluentes industriais de média a alta recalcitrância.

O reator UASB pode converter eficientemente os compostos orgânicos de

águas residuais em metano em pequenos reatores de “alta taxa”, que são

denominados de grânulos. Esses grânulos são produzidos a partir da agregação

microbiana em uma estrutura de várias camadas simbióticas. O sucesso dos

reatores UASB depende do estabelecimento desses grânulos, que propiciam a

Page 15: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

15

formação de um leito de lama densa no fundo do reator, onde todos os processos

biológicos ocorrem. Esta cama de lodo é basicamente formada pelo acúmulo de

entrada de sólidos suspensos e crescimento bacteriano. Estes agregados densos

não são suscetíveis de serem lavados do sistema sob condições normais do

reator. A retenção de lodo ativo, tanto granular quanto floculado, no reator UASB

permite um bom desempenho no tratamento de altas cargas orgânicas. [14]

Com o conhecimento do processo melhorado e detalhes operacionais

sobre a formação de grânulos estáveis fizeram a possibilidade de elevadas

cargas orgânicas, resultando numa operação mais sustentável. Os altos tempos

de retenção hidráulica são desfavoráveis para a granulação de lodo em reatores

UASB, por outro lado, se os tempos de detenção hidráulicas forem curtos, podem

resultar na lavagem da biomassa. Ambas as condições são desfavoráveis para o

bom desempenho do reator UASB, apesar da granulação ser necessária para o

tratamento de águas residuais. [14]

Aproximadamente 60% das milhares de instalações de tratamento

anaeróbias de grande escala em todo o mundo são baseadas no conceito de

design UASB. No entanto, os efluentes de reatores UASB geralmente precisam

de tratamento adicional, a fim de remover a matéria orgânica remanescente,

nutrientes e patógenos. Este pós-tratamento pode ser realizado em sistemas

aeróbios convencionais como lagoas de estabilização, plantas de lodos ativados,

e outros. As vantagens e desvantagens de reatores anaeróbios de manta de lodo

são mostradas a seguir. [14]

Vantagens:

1. Pode ser conseguida uma boa eficiência de remoção no sistema, mesmo

em altas taxas de carregamento e baixas temperaturas;

2. A construção e funcionamento destes reatores são relativamente simples e

de baixa demanda de recursos devido à possibilidade de construção

usando vários materiais simples e de baixa manutenção;

3. Tratamento anaeróbico pode ser facilmente aplicado a qualquer escala,

grande ou pequena;

4. Quando altas taxas de carregamento são estabilizadas, a área necessária

para o reator é pequena, reduzindo assim o custo;

5. Na medida em que não o aquecimento do afluente não é necessário para

alcançar a temperatura de trabalho e todas as operações podem ser feitas

Page 16: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

16

por ação da gravidade, o consumo de energia do reator é baixo. Além

disso, a energia é produzida durante o processo de sob a forma de

metano;

6. Muito menos resíduos bio-sólidos são gerados em comparação com o

processo aeróbio, pois grande parte da energia nas águas residuais são

convertidos para uma forma gasosa e resultando em muito pouca energia

para crescimento de biomassa;

7. A produção de lodo é baixa, quando comparada com métodos aeróbios,

devido às baixas taxas de crescimento de bactérias anaeróbias. O lodo é

estável para disposição final e tem boas características de desidratação.

Ele pode ser preservado por longos períodos de tempo, sem uma redução

significativa da atividade, permitindo a sua utilização como inóculo para o

arranque de novos reatores;

8. Pode lidar com choque de cargas orgânicas de forma eficaz;

9. Baixa exigência de nutrientes especialmente no caso de esgoto;

10. Um valor de pH adequado e estável pode ser mantido sem a adição de

produtos químicos.

Desvantagens:

1. Patógenos são removidos parcialmente, exceto ovos helmintos, que são

efetivamente capturados no leito de lodo. A remoção de nutrientes não é

completa, sendo necessário um pós-tratamento;

2. Devido à baixa taxa de crescimento de organismos metanogênicos, mais

tempo é necessário para iniciar o sistema antes da operação de estado

estacionário, se a quantidade de lodo não estiver suficientemente

disponível;

3. Sulfeto de hidrogênio é produzido durante o processo anaeróbio,

especialmente quando existem elevadas concentrações de sulfato no

afluente. Um tratamento adequado do biogás é necessário para evitar

corrosão e mau cheiro;

4. É necessário um controle de temperatura adequado (15-35°C) para regiões

com climas mais frios.

Como já mencionado, os microorganismos se agregam uns aos outros

formando os grânulos que ficam no fundo do reator formando uma cama de lodo.

Porém os microorganismos podem também ficar retidos em um meio de suporte

Page 17: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

17

inerte, que pode ser constituído de vários materiais, formando um biofilme com

espessuras variadas, o biofilme impede que os flocos sejam lavados do sistema

pelo efluente, possibilitando altas taxas de fluxo. Porém a quantidade de sólidos

presentes do efluente deve ser levada em conta, por exemplo, efluentes com alto

teor de sólidos podem entupir o biofilme, levando a uma parada do reator. Em um

reator sem biofilme, esse problema não existiria, porém pode ocorrer a perda de

biomassa. Assim foi desenvolvido o reator anaeróbio híbrido (RAH), que tem por

finalidade combinar tanto as vantagens do reator anaeróbio de manta de lodo

(UASB), quanto as vantagens do filtro anaeróbio, a fim de minimizar as

desvantagens desses dois reatores quanto utilizados separadamente. [14]

O reator anaeróbio híbrido é uma tecnologia alternativa interessante para o

tratamento de vários tipos de águas residuais, sendo amplamente utilizado para

retenção de sólidos, separação de gás-sólido-líquido (GLS), fixação da biomassa

e aumento do crescimento de bactérias metanogênicas.

A parte inferior do reator anaeróbio híbrido consiste numa porção UASB,

onde se encontra lodo ativado granulado disperso, ao passo que a parte superior

do reator anaeróbio híbrido encontra-se um biofilme operando como um reator de

filme fixo. A Fig. 1 ilustra o reator anaeróbio híbrido utilizado por Ramakrishnan e

Gupta. [18]

Embaixo, na entrada do efluente, encontra-se o leito de lodo. Acima do leito

de lodo, encontra-se a manta de lodo, com lodo disperso, que com o tempo de

trabalho do reator, formará os grânulos metanogênicos dispersos. Acima da

manta de lodo, encontra-se o filtro anaeróbio (biofilme). Há ainda, acima do

biofilme um separador gás-líquido que retém o biogás formado, que pode ser

armazenado para futuro aproveitamento. O efluente passa pelas laterais do

separador e sai do reator pela saída superior lateral.

Page 18: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

18

Figura 1 – Esquema do reator anaeróbio híbrido (traduzido), utilizado por Ramakrishnan e

Gupta.

A procura de uma configuração híbrida, visa a redução de custos, com

unidades de tratamento de menor volume, melhoria das condições operacionais e

menor quantidade de enchimento com biofilme. [16]

Existem diversas configurações de reatores anaeróbios híbridos, tratando

tipos diferentes de águas residuais. Rajakumar et al., utilizaram um HUASB de 5,4

L, para tratar água residual de matadouro de aves em condições mesofílicas (29-

35ºC). O reator foi feito utilizando uma coluna de PVC e anéis plissados de PVC

Page 19: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

19

como meio suporte para o biofilme. Foi utilizado 1,5 L de biofilme, com porosidade

de 98,8% e uma área de biofilme de 297 m2.m-3. Foi utilizado 2,5 L de lodo

anaeróbio não-granulado. Eles trabalharam com uma carga orgânica volumétrica

(COV) de 19 KgDQO.m-3 e um TDH de 10h, obtendo uma taxa de remoção de

DQO total e DQO dissolvido de 70% e 72%, respectivamente. [15]

Lopes et al., utilizaram um reator anaeróbio híbrido para tratar esgoto

doméstico. Eles obtiveram uma remoção de matéria orgânica de cerca de 76% à

90%, tanto para DBO520ºC quanto para DQO. O reator é constituído de uma

carcaça de fibra de vidro e tubos internos de PVC. Pedaços de conduíte foram

utilizados como meio suporte do biofilme. O reator operava com um volume total

de 2,95 m3, sendo 1,95 m3 destinado a manta de lodo no fundo e 1 m3 de biofilme.

Eles trabalharam com uma carga orgânica volumétrica variando de 903 a 5575

mgO2.L-1 e um TDH de 3,78 dias. [16]

Araújo et al., utilizaram um reator anaeróbio híbrido para tratar água

residual de indústria de produtos domésticos e pessoais. O reator utilizado era um

reator UASB, com cascas de coco no topo trabalhando como meio de suporte

para o biofilme. O reator tinha um volume útil de 16,3 L. A água residual foi

caracterizada contendo uma DQO de 1000-5000 mg.L-1 e DBO520ºC de 700-1500

mg.L-1. O reator foi operado em temperatura aclimatizada (26 ºC). A eficiência de

remoção de DQO foi de 77%, 72% e 80% e de DBO520ºC em cerca de 90%, para

TDH de 50, 40 e 60h respectivamente. [17]

Ramakrishnan e Gupta estudaram a formação de grânulos em 3 reatores

HUASB. Eles utilizaram água residual de carvão sintética como efluente. Os

reatores HUASB foram construídos de plástico acrílico transparente e anéis de

PVC foram utilizados como meio se suporte do biofilme. Foram utilizados 215

anéis de PVC formando uma área total de meio de suporte de 1350,2 cm2. Os

reatores HUASB foram trabalhados em temperatura mesofílica (27º C), com um

volume de 15,5 L, sendo o volume útil de 13,5 L. O efluente sintético tinha uma

DQO de 2240 mg.L-1. A granulação foi observada 45 dias depois do início da

operação dos reatores. Após a granulação, houve uma remoção de DQO de 88%,

com uma carga orgânica volumétrica de 2,24 gDQO.L-1 e um TDH de 24h. [18]

Oktem et al. estudaram a eficiência de um reator anaeróbio híbrido no

tratamento de água residual farmacêutica baseada em síntese química. O reator

utilizado foi construído em PVC, tendo um volume total de 14L, com recirculação

Page 20: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

20

do efluente. Foram utilizados Anéis Pall de polipropileno como biofilme localizado

na metade superior do reator, com uma área superficial de 206 m2.m-3 e lodo

disperso ocupando 40% do volume do reator, localizado na parte inferior do

reator. Nesse estudo eles encontraram a eficiência máxima do reator numa carga

orgânica volumétrica de 8 KgDQO.m-3, alcançando uma eficiência de remoção de

DQO remoção de 72%. [19]

Kumar, Gupta e Sigh estudaram a degradação anaeróbia de água de

lavagem de destilaria em reator anaeróbio híbrido retangular de 15 L. Eles

obtiveram uma remoção de DQO de 79%, operando o reator num tempo de

detenção hidráulica de 5 dias e uma carga orgânica volumétrica de 8,7 KgDQO.m-

3.d-1. [20]

Page 21: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

21

3 MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 O Efluente

O Efluente utilizado neste trabalho, denominado Água Residuária de

Matadouro é proveniente da linha verde de um matadouro, gerado no processo de

beneficiamento de carne bovina. O mesmo foi cedido por um frigorífico e

matadouro situado no Vale do Paraíba, Estado de São Paulo. Após coletada, a

ARM foi peneirada utilizando peneira manual com malha quadrada de 2x2 mm,

feita em tela de nylon tipo mosqueteira para simular um tratamento preliminar e

posteriormente foi convenientemente armazenada em recipientes plásticos e

estocados a –10ºC.

3.2 O Reator Anaeróbio Híbrido

O reator RAH utilizado neste trabalho é do tipo UASB-Filtro anaeróbio,

possuindo na sua parte superior um separador trifásico fixado a 3 defletores de

sólido. O reator tem um volume útil de 3,610 L, sendo seu material de construção,

cano de PVC branco, de diâmetro 7,5 cm (3’), fechado nas extremidades com

tampões de mesmo diâmetro. Ao longo do reator foram colocados registros de

PVC de diâmetro ¾’ para servir como amostradores de lodo. Posteriormente

foram inseridos de forma ascensional na parte superior do reator, 3 minifiltros

construídos de plástico com 8,6 cm de altura e 7,3cm de diâmetro, perfurados

equidistantemente de forma latitudinal e longitudinal para prover um fluxo

uniforme. Antes os minifiltros foram preenchidos com pedaços de poliuretano em

formato paralelepípedo secados em estufa 105°C. Estes minifiltros servirão como

fixadores de biomassa para formar os filtros anaeróbios.

Page 22: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

22

3.3 Parâmetros Operacionais do Reator

Foram determinados parâmetros operacionais aplicados aos reatores

como: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH), Carga Hidráulica Volumétrica

(CHV), Velocidade Ascensional (VA), Carga Orgânica Volumétrica (COV), Carga

Orgânica Biológica (COB).

• Tempo de Detenção Hidráulica - TDH

O TDH representa o tempo médio de permanência das moléculas de água

em uma unidade de tratamento, alimentada continuamente. Se a vazão Q

(afluente e efluente) e o volume (V) são constantes, o TDH pode ser calculado

utilizando a Equação 1.

TDH = VQ Equação(1)

Sendo:

V – Volume útil do reator (L);

Q – vazão afluente do reator (L.h-¹);

• Carga Hidráulica Volumétrica – CHV

A CHV representa a quantidade de esgotos aplicada diariamente ao reator

por unidade de volume. O TDH é o inverso da CHV. Sendo assim, a CHV pode

ser determinada através da Equação 2.

CHV = QV Equação(2)

• Velocidade Ascensional – V A

A VA representa a relação entre a vazão afluente e a seção transversal do

reator, podendo ser calculada através da Equação 3.

V� =QA Equação(3)

Page 23: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

23

Sendo:

A – Área transversal do reator (cm²);

• Carga Orgânica Volumétrica - COV

A COV representa a quantidade (massa) de matéria orgânica aplicada

diariamente no reator por unidade de volume. A COV pode ser determinada

através da Equação 4.

COV = CXQV Equação(4)

Sendo:

C – Concentração de substrato do afluente tratado no reator (ARM) em

termos de DQO ou DBO520°C (mg.L-¹);

• Carga Orgânica Biológica - COB

A COB ou carga de lodo representa a quantidade (massa) de matéria

orgânica aplicada diariamente no reator por unidade de biomassa presente no

reator. A COB pode ser determinada através da Equação 5.

COB = CXQM Equação(5)

Sendo:

M – Massa de microorganismos presentes no reator (kgSTV);

3.4 Remoção de Matéria Orgânica

Para estudar a eficiência de remoção de matéria orgânica do reator, foram

realizadas coletas de amostras na entrada e saída do reator e realizadas análises

físico-químicas a fim de monitorar o sistema. As amostras foram coletadas com

frequência semanal durante os meses de Outubro de 2012 à Abril de 2013.

Page 24: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

24

Neste trabalho foram realizadas análises de DBO520°C, DQO e Sólidos

Totais (ST), Sólidos Dissolvidos (SD) e Sólidos Suspensos (SS) nas frações

totais, fixos e voláteis. As análises foram realizadas segundo a metodologia

descrita em APHA et. al. [21]

Para se calcular a Eficiência de Remoção de Matéria Orgânica - E(%),

comparou-se a concentração do afluente e do efluente a fim de determinar o

quanto a concentração do afluente foi diminuída, através da Equação 6.

E(%) = �(Ca − Ce)Ca ! x100Equação(6)

Sendo:

Ca – concentração afluente do composto (DQO total, DBO520°C total) em

mg.L-¹;

Ce – concentração efluente do composto (DQO total, DBO520°C total) em

mg.L-¹.

• DQO – Demanda Química de Oxigênio

A Demanda Química de Oxigênio é um parâmetro que analisa a

quantidade de matéria orgânica carbonácea presente no meio líquido, sendo

muito empregada no monitoramento de sistemas de tratamentos anaeróbios de

esgotos sanitários, águas residuárias e efluentes industriais. O método utilizado

foi o método colorimétrico. Essa técnica consiste no consumo do O2 presente na

amostra através da oxidação da matéria por dicromato de potássio à

temperaturas elevadas e em meio ácido contendo catalisador. A demanda

química de oxigênio oxida tanto os compostos orgânicos quanto os inorgânicos.

• DBO520°C – Demanda Bioquímica de Oxigênio

A Demanda Bioquímica de Oxigênio também é um parâmetro que analisa a

quantidade de matéria orgânica carbonácea presente no meio liquido, porém,

diferente da DQO, analisa apenas a parcela de matéria orgânica que pode ser

degradada por microorganismos. A técnica empregada foi o método químico de

Winkler modificado pela azida sódica onde é analisada a quantidade de O2

Page 25: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

25

consumido através de decomposição microbiana aeróbia durante 5 dias em uma

incubadora de DQO à uma temperatura de 20ºC.

• Sólidos Totais

Os sólidos totais correspondem a todo a material sólido que permanece

como resíduo após a evaporação, secagem ou calcinação da amostra em uma

temperatura estipulada durante um tempo determinado. A fração total

corresponde a quantidade de sólidos presentes apenas após a secagem da

amostra na estufa a 103º. A fração de sólidos fixos representa a quantidade de

sólidos presentes após a calcinação da amostra à 550ºC e a fração volátil a

parcela de sólidos que se perde após o período de calcinação. O método utilizado

para a determinação de sólidos foi o gravimétrico utilizando balança analítica.

• Sólidos Dissolvidos

Os sólidos dissolvidos correspondem à quantidade de material sólido

presente na amostra após a filtragem utilizando filtro de fibra de vidro 1,2 µm, ou

seja, os sólidos que passam pelo filtro. Também foram determinadas suas

respectivas frações totais, fixos e voláteis. O método utilizado para a

determinação foi o gravimétrico.

• Sólidos Suspensos

Os sólidos suspensos correspondem à quantidade de material sólido que

fica retido no filtro de fibra de vidro 1,2 µm. Também foram determinadas as

frações totais, fixos e voláteis O método utilizado para a determinação foi o

gravimétrico.

Page 26: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

26

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 Parâmetros Operacionais

Os parâmetros operacionais foram determinados através das equações do

item 3.3. O volume útil do reator utilizado (V) foi de 3,610 L, a vazão de trabalho

foi de 4,32 L.d-1 e a área transversal do reator era de 41,25 cm².

Utilizando estes dados (V, Q e A) foi possível calcular o tempo de detenção

hidráulica (TDH), a carga hidráulica volumétrica (CHV) e a velocidade ascensional

(VA). O tempo de detenção hidráulica foi de 20,06 h, a carga hidráulica

volumétrica de 1,20 d-1 e a velocidade ascensional de 102,23 cm.d-1.

O TDH determina a velocidade com que os sistemas trabalham. Um TDH

curto reduzirá o tempo de contato entre o substrato e a biomassa, diminuindo a

eficiência do reator, porém baixos TDH significam sistemas de tratamento mais

rápidos. O TDH utilizado neste trabalho foi cerca de um terço do que foi utilizado

em outros trabalhos pesquisados. Lopes et. al. utilizaram um TDH de 90 h. Araújo

et. al. trabalharam com três diferentes TDH (40, 50 e 60 h).

Para a operação do reator não se utilizou efluente in natura e sim uma

prévia diluição com água, a fim de se alcançar valores de concentração de

substrato menores, para não sobrecarregar a biomassa do reator. Essa diluição

foi realizada em um reservatório plástico (bombona), onde o efluente era

transportado para o reator através de uma bomba hidráulica. A concentração de

substrato (C) utilizada na operação do reator, em termos de mgDQO.L-1, foi

monitorada ao longo do período de trabalho. Os valores dessa concentração

variou durante o período de trabalho entre 5000 e 9574 mgDQO.L-1, atingindo

uma concentração média em torno de 6631 mgDQO.L-1. A Figura 2 mostra o

gráfico da variação da concentração de substrato durante o período de trabalho

em termos de mgDQO.L-1.

Page 27: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

27

Figura 2 – Gráfico da variação da concentração de substrato ao longo do período

experimental em termos de mgDQO.L-1

Como a concentração de substrato não foi constante ao longo do período

de trabalho, a carga orgânica volumétrica (COV) também não foi constante,

variando entre 5983 e 11457 em termos de mgDQO.L-1.d-1. A COV média foi

determinada em torno de 7930 mgDQO.L-1.d-1. A Figura 3 mostra a variação de

COV ao longo do período experimental.

Figura 3 – Gráfico da variação da COV ao longo do período experimental.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

DQ

O.L

-1

Dias de monitoramento

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

DQ

O.L

-1.d

-1

Dias de monitoramento

Page 28: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

28

Como a carga orgânica biológica (COB) também depende da concentração

de substrato e a mesma não foi constante ao longo do período de trabalho, a

COB também não foi constante, variando ao longo do período experimental. A

massa de Sólidos Voláteis Totais da biomassa utilizada no reator foi de 27471

mgSVT, o que resulta em uma COB média, em termos de DQO de 1,0428

mgDQO.mgSVT-1.d-1. A Figura 4 apresenta o gráfico da variação da COB ao

longo do período experimental.

Figura 4 – Gráfico da variação da COB ao longo do período experimental.

A carga orgânica é um parâmetro importante que afeta significativamente a

ecologia microbiana e desempenho do reator. Maiores cargas orgânicas reduzem

a eficiência de remoção de DQO, no entanto, a produção de gás aumenta. Além

disso, a carga orgânica também se relacionada com a concentração de substrato

e o TDH, assim um bom equilíbrio entre estes dois parâmetros deve ser obtido

para uma boa operação do digestor. A carga orgânica volumétrica utilizada neste

trabalho (cerca de 9000 mg.L-1), maior em comparação com outros trabalhos

pesquisados. Lopes et. al. e Araújo et. al. trabalharam com COV máximas em

torno de 5000 mg.L-1.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

DQ

O.m

gS

VT

-1.d

-1

Dias de monitoramento

Page 29: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

29

4.2 Remoção de DQO

A concentração de Demanda Química de Oxigênio na entrada do reator

esteve em torno de 5000 mgDQO.L-1 a 8000 mgDQO.L-1 com picos de mais de

8000 mgDQO.L-1, a concentração média de DQO esteve em torno de 6600

mgDQO.L-1. Após a saída do reator a concentração de DQO caiu para valores

bem inferiores, em torno de 1500 mgDQO.L-1 com picos acima de 3000. A Figura

5 apresenta o gráfico da variação de DQO na entrada e saída do reator.

Figura 5 – Gráfico da variação da concentração de DQO na entrada e saída do reator.

As eficiências de remoção de DQO no início do período foram baixas, em

torno de 30 % e após um período, a eficiência atingiu valores de 60 % com picos

de eficiências máximas em 90 %. Esse aumento da eficiência de remoção após

um período de trabalho já era esperado e também é apontado na literatura. Após

esse período, o sistema de estabiliza e aumenta a eficiência do tratamento, pois

ocorre a estabilização da biomassa, crescimento dos microorganismos e uma

melhora na taxa de granulação.

A taxa de remoção de remoção de DQO foi menor em relação aos

trabalhos pesquisados. Lopes et. al. obtiveram uma remoção de DQO de 76% à

0,00

2000,00

4000,00

6000,00

8000,00

10000,00

12000,00

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

DQ

O/L

Dias de monitoramento

Demanda Química de Oxigênio

entrada

saída

Page 30: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

30

90%. Araújo et. al. atingiram valores de remoção acima de 72%. Porém uma taxa

de remoção menor é esperada em comparação com os trabalhos analisados, pois

foram utilizados maiores taxas de carga orgânica e menores tempos de detenção

hidráulica, demonstrando que o trabalho se mostrou favorável mesmo com uma

menor eficiência de remoção de DQO.

4.3 Remoção de DBO

A concentração de Demanda Bioquímica de Oxigênio na entrada do reator

esteve em torno de 3500 mgDBO.L-1 a 6000 mgDBO.L-1 com uma concentração

média de DBO em torno de 4800 mgDBO.L-1. Após a saída do reator a

concentração de DBO caiu para valores levemente inferiores, em torno de 1000 a

3000 mgDBO.L-1, com picos acima de 4000. A Figura 6 apresenta o gráfico da

variação de DBO na entrada e saída do reator. As eficiências de remoção de DBO

mantiveram-se estáveis durante o período de operação com valores de 60%, com

picos de eficiências máximas em 85%.

Figura 6 – Gráfico da variação da concentração de DBO na entrada e saída do reator.

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

DB

O.L

-1

Dias de monitoramento

Demanda Bioquímica de Oxigênio

entrada

saída

Page 31: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

31

A eficiência de remoção de DBO foi menor do que o observado em outros

trabalhos. Araújo et al obtiveram eficiência de remoção de DBO de 90%. Porém,

acompanhando a taxa de remoção de DQO, também era esperada uma menor

taxa de eficiência de DBO.

4.4 Remoção de Sólidos Totais

A concentração de sólidos na entrada do reator variou bastante, isso é

explicado pelo fato de que a bombona na qual o efluente era armazenado e

bombeado para o reator era desprovida de método de mistura e com o tempo os

sólidos de sedimentavam no fundo e quando o volume estava baixo a

concentração de sólidos na coleta era maior, pois quando o recipiente estava

cheio, não se conseguia uma boa mistura do efluente. Mas, com exceção dos

altos valores de sólidos em algumas tomadas de amostras (devido ao baixo nível

de efluente), o efluente na entrada apresentou valores de sólidos totais em torno

de 2800 mg.L-1. Contudo, as alterações de concentração de sólidos na entrada do

reator não influenciaram nas concentrações de sólidos após a saída do reator,

mantendo-se uma considerável remoção de sólidos totais. Os valores de

concentração de sólidos totais após a saída do reator foram em torno de 1500

mg.L-1. A eficiência de remoção de sólidos totais foi de cerca de 40%, com picos

de remoção em torno de 80%. A Figura 7 apresenta o gráfico da variação da

concentração de sólidos totais na entrada e saída do reator.

Page 32: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

32

Figura 7 – Gráfico da variação da concentração de sólidos totais na entrada e saída do

reator.

A concentração de sólidos totais fixos na entrada do reator, variou em torno

de 700 mg.L-1, com picos acima de 1000 mg.L-1. Após a saída do reator, os

valores caíram para valores em torno de 400 mg.L-1. A eficiência de remoção de

sólidos totais fixos variou bastante, com um valor médio de 30%, principalmente

no período final de monitoramento quando os valores se mantiveram mais

estáveis. A Figura 8 apresenta o gráfico dos valores da concentração de sólidos

totais fixos na entrada e saída do reator.

A concentração de sólidos totais voláteis foi mais elevada em relação a

concentração de sólidos totais fixos, com valores em torno de 2000 mg.L-1 na

entrada do reator. Após a saída, os valores caíram para cerca de 1040 mg.L-1. A

remoção de sólidos totais voláteis foi mais estável em relação aos sólidos fixos,

porém com eficiências de remoção médias também torno de 45%. A Figura 9

apresenta o gráfico dos valores da concentração de sólidos totais voláteis na

entrada e saída do reator.

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

8000,00

9000,00

10000,00

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

.L-1

Dias de monitoramento

Sólidos Totais

Entrada

Saída

Page 33: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

33

Figura 8 – Gráfico da variação da concentração de sólidos totais fixos na entrada e saída

do reator.

Figura 9 – Gráfico da variação da concentração de sólidos totais voláteis na entrada e

saída do reator.

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

.L-1

Dias de monitoramento

Sólidos Totais Fixos

Entrada

Saída

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

8000,00

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

.L-1

Dias de monitoramento

Sólidos Totais Voláteis

Entrada

Saída

Page 34: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

34

4.5 Remoção de Sólidos Dissolvidos

A concentração de sólidos dissolvidos na entrada do reator apresentou

uma pequena variação em relação aos sólidos totais, com valores entre 600 e

1100 mg.L-1, com picos acima dos 1600 mg.L-1. Os valores após a saída do reator

foram levemente inferiores com eficiência de remoção em torno de 15 %, porém

com maior estabilidade ao longo do período experimental. A Figura 10 apresenta

o gráfico dos valores da concentração de sólidos dissolvidos totais na entrada e

saída do reator.

Figura 10 – Gráfico da variação da concentração de sólidos dissolvidos totais na entrada

e saída do reator.

A concentração de sólidos dissolvidos fixos na entrada do reator

apresentou valores bem menores em relação aos dissolvidos totais, com valores

em média de 270 mg.L-1, com picos acima dos 400 mg.L-1. A eficiência de

remoção foi bem pequena com remoção em média de 5%. A Figura 11 apresenta

o gráfico dos valores da concentração de sólidos dissolvidos fixos na entrada e

saída do reator.

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1600,00

1800,00

2000,00

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

.L-1

Dias de monitoramento

Sólidos Dissolvidos Totais

Entrada

Saída

Page 35: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

35

Figura 11 – Gráfico da variação da concentração de sólidos dissolvidos fixos na entrada e

saída do reator.

A concentração de sólidos dissolvidos voláteis na entrada do reator foram

maiores em relação aos dissolvidos fixos, com um concentração média de 690

mg.L-1. A concentração média após a saída do reator ficou em torno de 500 mg.L-

1, com uma eficiência de remoção em torno de 30%, principalmente ao final do

período onde se observa uma remoção mais estável. A Figura 12 apresenta o

gráfico dos valores da concentração de sólidos dissolvidos voláteis na entrada e

saída do reator.

Figura 12 – Gráfico da variação da concentração de sólidos dissolvidos voláteis na

entrada e saída do reator.

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

.L-1

Dias de monitoramento

Sólidos Dissolvidos Fixos

Entrada

Saída

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

.L-1

Dias de monitoramento

Sólidos Dissolvidos Voláteis

Entrada

Saída

Page 36: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

36

4.6 Remoção de Sólidos Suspensos

A concentração de sólidos suspensos totais na entrada do reator ficou bem

acima dos valores dos sólidos dissolvidos totais, ou seja, a maior parte da

concentração dos sólidos totais da água residuária de matadouro, se encontrara

na forma suspensa. Os valores da concentração de sólidos suspensos totais

ficaram em torno de 1800 mg.L-1 com picos acima dos 4000 mg.L-1. Após a saída

do reator a concentração de sólidos suspensos totais caiu para valores em torno

de 580 mg.L-1 com uma eficiência de remoção em cerca de 60%. A eficiência de

remoção variou bastante ao longo do experimento muito semelhante ao

observado nos sólidos totais. O perfil da variação da concentração na entrada

também foi semelhante aos sólidos totais. A Figura 13 apresenta o gráfico dos

valores da concentração de sólidos suspensos totais na entrada e saída do reator.

Figura 13 – Gráfico da variação da concentração de sólidos suspensos totais na entrada

e saída do reator.

A concentração de sólidos suspensos fixos na entrada do reator ficou em

torno de 400 mg.L-1, principalmente ao final do experimento quando observa-se

uma maior estabilidade do experimento. Nas primeiras tomadas de amostras

observa-se valores acima dos 800 mg.L-1. Após a saída do reator a concentração

caiu para valores em torno dos 100 mg.L-1, com uma remoção média de 75%. A

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

8000,00

9000,00

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

.L-1

Dias de monitoramento

Sólidos Suspensos Totais

Entrada

Saída

Page 37: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

37

Figura 14 apresenta o gráfico dos valores da concentração de sólidos suspensos

fixos na entrada e saída do reator.

Figura 14 – Gráfico da variação da concentração de sólidos suspensos fixos na entrada e

saída do reator.

A concentração de sólidos suspensos voláteis na entrada do reator

apresentou valores mais próximos dos sólidos suspensos totais, em torno dos

1400 mg.L-1. Os valores da concentração após a saída do reator caiu para cerca

de 460 mg.L-1, com remoção de 67%. A Figura 15 apresenta o gráfico dos valores

da concentração de sólidos suspensos voláteis na entrada e saída do reator.

Figura 15 – Gráfico da variação da concentração de sólidos suspensos voláteis na

entrada e saída do reator.

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1600,00

1800,00

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

.L-1

Dias de monitoramento

Sólidos Suspensos Fixos

Entrada

Saída

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

1 7 13 16 21 27 33 39 45 51 57 63 69 75 81 87 93 96 99 102

mg

.L-1

Dias de monitoramento

Sólidos Suspensos Voláteis

Entrada

Saída

Page 38: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

38

5 CONCLUSÃO

Através do trabalho realizado foi possível analisar a viabilidade do reator

anaeróbio híbrido como uma tecnologia de remoção de matéria orgânica de água

residuária de matadouro.

O processo de tratamento utilizando o reator anaeróbio híbrido se mostrou

viável para tratar efluentes de matadouro, com 60% de remoção tanto de DQO

quanto de DBO. A remoção de sólidos também foi considerável com remoção de

40% de sólidos totais e 60% para sólidos suspensos.

O experimento se mostrou instável ao longo do período experimental, isso

se deve as paradas do sistema ao longo do período por diversos fatores, como

queda de energia elétrica e entupimento do sistema. Por isso, o sistema de

tratamento deve ser trabalhado com maior controle dos parâmetros operacionais,

para que não ocorra variações na estabilidade do sistema.

O tratamento se bem monitorado e controlado pode alcançar eficiências de

remoção de mais de 80%, contudo, como já mencionado na literatura, outras

formas de tratamento adicionais podem ser utilizadas, como reator aeróbio e

reator anóxico, pois o reator anaeróbio híbrido embora seja indicado para

remoção de matéria orgânica, não remove com eficiência, nutrientes como

nitrogênio e fósforo. Outro fator que também já foi mencionado na literatura e

observado neste trabalho foi uma melhora do sistema após um período de

adaptação, quando sistema se torna mais estável.

Page 39: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

39

REFERÊNCIAS

[1] Revista Safra. Cadeia de produção de carne bovina movimenta R$ 328 bilhões. Disponível em: <http://revistasafra.com.br/cadeia-de-producao-de-carne-bovina-movimenta-r-328-bilhoes/>. Acesso em: 4 out. 2013. [2] Equipe BeefPoint. Produção de carne bovina no Brasil crescerá 3% em 2013, segundo Rabobank. Disponível em: <http://www.beefpoint.com.br/cadeia-produtiva/giro-do-boi/producao-de-carne-bovina-no-brasil-crescera-3-em-2013-segundo-rabobank/>. Acesso em: 4 out. 2013. [3] SCARASSATI, D.; CARVALHO, R. F.; DELGADO, V. L.; CONEGLIAN, C. M. R.; BRITO, N. N.; TONSO, S.; DRAGONI SOBRINHO, G.; PELEGRINI, R. Tratamento de efluentes de matadouros e frigoríficos. III Fórum de Estudos Contábeis , 2003. [4] Prefeitura Municipal de Lagoa do Ouro – PE. Projeto técnico para a construção do matadouro público municipal. Disponível em: <http://www.lagoadoouro.pe.gov.br/Projeto%20Matadouro%202008.pdf>. Acesso em: 6 mai. 2013. [5] SANTO, C. A. S.; TORRES, C. J. F.; SILVA, N. L.; SILVA, J. O.; ROCHA, F. A. Sistema de tratamento de efluentes de matadouro bovino utilizando lagoas de estabilização. Enciclopédia Biosfera , v. 7, n. 13, p. 1294-1302, 2011. [6] CAO, W.; MEHRVAR, M. Slaughterhouse wastewater treatment by combined anaerobic baffled reactor and UV/H2O2 processes. Chemical Engineering Research and Design, v. 89, n. 7, p. 1136-1143, 2011. [7] BEUX, Simone; NUNES, Ezequiel; BARANA, Ana Cláudia. Effect of temperature on two-phase anaerobic reactors treating slaughterhouse wastewater. Brazilian Archives of Biology and Technology , v. 50, n. 6, p. 1061-1072, 2007. [8] TORKIAN, A.; EQBALI, A.; HASHEMIAN, S. J. The effect of organic loading rate on the performance of UASB reactor treating slaughterhouse effluent. Resources, Conservation and Recycling, v. 40, n. 1, p. 1-11, 2003. [9] BORJA, R.; BANKS, C. J.; WANG, Z.; MANCHA, A. Anaerobic digestion of slaughterhouse wastewater using a combination sludge blanket and filter

Page 40: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

40

arrangement in a single reactor. Bioresource Technology, v. 65, n. 1–2, p. 125-133, 1998/8// 1998. [10] SADDOUD, A.; SAYADI, S. Application of acidogenic fixed-bed reactor prior to anaerobic membrane bioreactor for sustainable slaughterhouse wastewater treatment. Journal of Hazardous Materials, v. 149, n. 3, p. 700-706, 2007. [11] CAIXETA, C. E. T.; CAMMAROTA, M. C.; XAVIER, A. M. F. Slaughterhouse wastewater treatment: evaluation of a new three-phase separation system in a UASB reactor. Bioresource Technology, v. 81, n. 1, p. 61-69, 2002. [12] LOUVET, J. N.; HOMEKY, B.; CASELLAS, M.; PONS, M. N.; DAGOT, C. Monitoring of slaughterhouse wastewater biodegradation in a SBR using fluorescence and UV–Visible absorbance.Chemosphere, v. 91, n. 5, p. 648-655, 2013. [13] KREUTZ, C. Comportamento de reator anaeróbio-aeróbio no tratam ento de efluente bovino. 2012. 114f. Tese (Doutorado) – Curso de Engenharia Agrícola, Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade Estadual do Oeste do Paraná – PR. 2012. [14] LATIF, M. A.; GHUFRAN, R.; WAHID, Z. A.; AHMAD, A. Integrated application of upflow anaerobic sludge blanket reactor for the treatment of wastewaters. Water Research, v. 45, n. 16, p. 4683-4699, 2011. [15] RAJAKUMAR, R.; MEENAMBAL, T.; SARAVANAN, P. M.; ANANTHANARAYANAN, P. Treatment of poultry slaughterhouse wastewater in hybrid upflow anaerobic sludge blanket reactor packed with pleated poly vinyl chloride rings. Bioresource Technology, v. 103, n. 1, p. 116-122, 2012. [16] LOPES, G. P. R.; RIBEIRO, L. C. L. J.;TERAN, F. J. C. Estudo do desempenho de um sistema híbrido no tratamento de esgoto sanitário. Holos Environment , v. 9, n. 2, p. 202-218, 2010. [17] ARAÚJO, D. J.; ROCHA, S. M. S.; CAMMAROTA, M. C.; XAVIER, A. M. F.; CARDOSO, V. L. Anaerobic treatment of wastewater from the household and personal products industry in a hybrid bioreactor. Brazilian Journal of Chemical Engineering , v. 25, n. 3, p. 443-451, 2008.

Page 41: TCC - Walney Pereira Cruzsistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2013/MIQ13027.pdf · • Determinar os parâmetros operacionais do reator: Tempo de Detenção Hidráulica (TDH),

41

[18] RAMAKRISHNAN, A.; GUPTA, S. K. Anaerobic biogranulation in a hybrid reactor treating phenolic waste. Journal of Hazardous Materials, v. 137, n. 3, p. 1488-1495, 2006. [19] OKTEM, Y. A.; INCE, O.; SALLIS, P.; DONNELY, T.; INCE, B. K. Anaerobic treatment of a chemical synthesis-based pharmaceutical wastewater in a hybrid upflow anaerobic sludge blanket reactor. Bioresource Technology, v. 99, n. 5, p. 1089-1096, 2008. [20] SUNIL KUMAR, G.; GUPTA, S. K.; SINGH, G. Biodegradation of distillery spent wash in anaerobic hybrid reactor. Water Research, v. 41, n. 4, p. 721-730, 2007.

[21] APHA [AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION]; AWWA [AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION]; WEF [WATER ENVIRONMENT FEDERATION]. Standard methods for the examination of water and wastewater. 21th. ed. Washington. D.C: APHA/AWWA/WEF, 2005, [s.n.].