II-031 USO SIMULTNEO DE UM BIOFILTRO AERADO SUBMERSO PARA TRATAMENTO SECUNDRIO DE ESGOTO SANITRIO E PARA BIODESODORIZAO D

VI Simpsio talo Brasileiro de Engenharia Sanitria e Ambiental

II-031 USO SIMULTNEO DE UM BIOFILTRO AERADO SUBMERSO PARA TRATAMENTO SECUNDRIO DE ESGOTO SANITRIO E PARA BIODESODORIZAO DE AR ATMOSFRICO CONTENDO GS SULFDRICO (H2S)Tarciso Andrade MatosEngenheiro Qumico pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (1997). Mestrado em Engenheira Ambiental - UFES.

Helosa Pinto da Motta e SilvaEngenheira Qumica pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (1975). Aluna de Mestrado do curso de Engenharia Ambiental UFES.

Ricardo Franci Gonalves(1)

Engenheiro Civil e Sanitarista - UERJ (1984), Ps-Graduado em Enga de Sade Pblica - ENSP/RJ (1985), DEA - Cincias do Meio Ambiente - Universidade Paris XII, ENGREF, ENPC, Paris (1990), Doutor em Engenharia do Tratamento e Depurao de guas - INSA de Toulouse, Frana (1993), Prof. Adjunto do DHS e do PMEA - UFES.

Endereo(1): Universidade Federal do Esprito Santo Av. Fernando Ferrari, s/no Goiabeiras Vitria ES. CEP: 29060-970 - Brasil - Tel: (027) 335.2857 - e-mail: franci@npd.ufes.brRESUMO

Os objetivos do presente trabalho foram avaliar a eficincia de remoo do gs sulfdrico (H2S) por meio de testes realizados em um biofiltro aerado submerso piloto e analisar as possveis interferncias provocadas pelo H2S na eficincia deste reator aerbio no tratamento secundrio de esgoto. Os experimentos foram realizados em uma estao de tratamento de esgoto em escala piloto composta por um reator anaerbio do tipo UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) em srie com um biofiltro aerado submerso (BF). O reator aerado, atuando como tratamento secundrio de esgoto, tinha o meio filtrante composto por bilhas de poliestireno permanentemente submersas e serviam de suporte para o desenvolvimento da biomassa. Neste estudo, ar atmosfrico contendo H2S foi injetado constantemente no BF em sentido co-corrente com o esgoto sanitrio e removido com sucesso de uma fonte de odor sinttica e de uma fonte de odor no controlada. Pressupe-se que a biomassa fixada no meio suporte do biofiltro foi responsvel pela bioxidao do composto odorante presente na corrente gasosa. Os resultados experimentais demonstraram eficincias de remoo de H2S da corrente gasosa maiores que 99%, quando as concentraes na entrada do BF estiveram em torno de 400 ppm e se aplicaram cargas de at 4 g-S/m3.h.. Tambm, no se observou efeito de toxidez aguda no biofiltro, provocado pelas injees de H2S, no tratamento de esgoto, nestas condies experimentais. Portanto, este biofiltro pode ter uma aplicao potencial para tratar simultaneamente gases com alto poder odorante e para tratamento secundrio de esgoto.

PALAVRAS-CHAVE: Odor, gs sulfdrico (H2S), biofiltro, biodesodorizao, biofiltrao

INTRODUO

A emisso de odor por estaes de tratamento de esgoto (ETEs), instalaes de compostagem e por algumas indstrias situadas em reas urbanas tem se tornado um dos principais motivos de reclamaes pblicas. Em geral, o odor causado por uma mistura complexa de vrias substncias orgnicas ou inorgnicas que so produzidas como um resultado da atividade biolgica na decomposio da matria orgnica contendo enxofre e nitrognio.

Na Europa, nos EUA e, principalmente, no Japo existem dificuldades para instalao das ETEs devido ao efeito conhecido como Not In My Back Yard (N.I.M.B.Y.), que em portugus significa no em meu quintal, este efeito diz respeito a todos os tipos de impactos ambientais. O pblico parece menos inclinado com o passar do tempo a suportar a convivncia com odores adversos. Desse modo, as empresas de saneamento e indstrias deveriam avaliar e reformular seus processos de tratamento para poderem alcanar nveis de emisso atmosfrica desejados (ASCE e WEF, 1995).

Uma rea que tem despertado bastante ateno o tratamento desses poluentes odorantes presentes no ar (Brauer, 1998; Leson and Winer, 1991). Os compostos odorantes gerados nas ETEs consistem principalmente de compostos reduzidos, tais como gs sulfdrico (H2S), amnia (NH3) e cidos graxos volteis, que so poluentes altamente odorantes e contribuem para as reclamaes de odor com limites de deteco olfativa de at 0,5 ppb (Bohn, 1992; Liu et al, 1994).

Existem vrias tcnicas para tratamento de gases odorantes, tais como mtodos fsicos e qumicos como oxidao trmica, lavadores qumicos, ozonizao e adsoro por carvo ativado e mtodos biolgicos como biofiltrao, biolavadores e lodos ativados. Embora as tcnicas fsico e qumicas possam remover com eficincia os compostos odorantes da corrente gasosa, dentro de certas condies, a necessidade de adio de produtos qumicos diariamente e da substituio do adsorvente resulta em custo de operao relativamente alto quando comparado com tcnicas de tratamento biolgico (Pomeroy,1982; Williams and Miller, 1992). Atualmente, dentre os processos de tratamento biolgicos disponveis para controlar odor destaca-se a biofiltrao. O biofiltro consiste de um tanque empacotado com material que pode ser terra, madeira, lodo de esgoto, turfa ou uma mistura desses materiais que servem de suporte para o crescimento de microrganismos. Esses microrganismos consomem os produtos qumicos odorantes provenientes dos exaustores das ETEs, oxidando-os e, desse modo, eliminando o odor. Quando um sistema de biofiltro tem um bom desempenho, dixido de carbono (CO2), gua, sais minerais e cido sulfrico so formados (Bohn, H.L. and Bohn, R. K. 1998).

O objetivo desta pesquisa foi avaliar o uso simultneo de um biofiltro aerado submerso para tratamento secundrio de esgoto e para biodesodorizao de ar atmosfrico contendo gs sulfdrico em uma ETE composta pela associao dos reatores UASB + BF.

MATERIAIS E MTODOS

Para se atingir os objetivos propostos estruturou-se esta pesquisa em trs fases, conforme descrito na tabela 1.

Primeira FaseSem injeo de gases odorantes no BF

Segunda FasePrimeira etapa - Com injeo de ar atmosfrico contendo cerca de 110 ppm de H2S proveniente de uma fonte de odor controlada no BF

Segunda etapa Com injeo de ar atmosfrico contendo cerca de 400 ppm de H2S proveniente de uma fonte de odor controlada no BF

Terceira FasePrimeira etapa - Caracterizao qualitativa e quantitativa do biogs produzido pelo reator UASBSegunda etapa - Com injeo de ar atmosfrico contendo H2S proveniente da tubulao de biogs de um reator UASB (fonte de odor no controlada) no BF

Tabela 1: Estruturao das fases da pesquisa

Fonte sinttica de gs ODORANTE

Neste experimento foi usado um cilindro contendo uma mistura padro calibrao de H2S em nitrognio, com uma concentrao de 4980 ppm, certificada pela empresa AGA, como fonte de gs controlada. O H2S concentrado foi diludo com ar proveniente do compressor para concentraes em torno de 110 ppm e posteriormente aumentada para concentraes em torno de 400 ppm que seria utilizado na segunda fase da pesquisa.

Fonte de gs odorante no controlada

Utilizou-se uma fonte de gs odorante proveniente de um reator anaerbio do tipo UASB com volume de 34,7m3 instalado na ETE experimental da UFES. A captura do gs odorante para ser injetado no BF foi feita no ponto localizado aps o medidor de vazo conectado na tubulao de biogs da ETE-UFES. Essa mistura gasosa era ento estocada no reservatrio do compressor e constantemente injetada no biofiltro a uma vazo controlada, com auxlio de um rotmetro.

Biofiltro em escala piloto

Foi utilizado um biofiltro presente em uma ETE piloto composta por um reator anaerbio de manta de lodo (UASB) com 46 litros em srie com um biofiltro (BF) aerado submerso com 15,3 litros, atuando como tratamento secundrio de esgoto. O material usado para o biofiltro foi um tubo de acrlico transparente, com dimetro de 100 mm e 2,0 m de altura, contendo no seu interior o leito filtrante de 1,30 m de altura, para adeso da massa bacteriana responsvel pela depurao do esgoto e biodesodorizao do gs. Esse leito, composto por bilhas de poliestireno ficava permanentemente submerso devido a uma grelha fixada estrategicamente na parte superior do reator. As injees da mistura de ar com H2S eram feitas por meio de difusores localizados na base do reator. Durante o experimento, o biofiltro aerado continuou recebendo esgoto em fluxo ascendente e passou a receber, constantemente, cargas definidas de H2S na segunda fase (vide figura 1) e cargas variveis na terceira fase.

Figura 1: Fluxograma do processo de biodesodorizaoMtodo analtico

Para avaliao das concentraes mdias de H2S foi utilizado um mtodo de anlise de absoro qumica, baseado no borbulhamento do gs em uma soluo cida de cloreto de mercrio (HgCl2) por um perodo determinado de tempo. A quantificao do H2S era feita atravs da determinao da massa do precipitado formado.

As anlises das amostras coletadas na fase lquida do reator para determinao dos parmetros DQO, slidos suspensos totais, pH, sulfeto total dissolvido, sulfato e temperatura foram feitas segundo Standard Methods (APHA, 1992).

As correntes gasosas eram controladas por rotmetros instalados na linha do compressor, na linha do cilindro de H2S e aps a mistura dos gases. O controle das vazes dos gases permitiu prever aproximadamente a faixa de concentrao do H2S na entrada do reator, na segunda fase.

Foi utilizado um medidor de gs do tipo turbina da marca Hiter durante as amostragens de gs e para quantificar o volume de biogs produzido pelo reator anaerbio.

Mtodo experimentalO experimento foi previsto para ser realizado em trs fases. As condies fixadas em cada fase so as constantes nas tabela 2.

FasesConcentrao de H2S na entrada do BF (ppm) (v/v)Tempo de durao (dias)Vazo do gs

(mL/min)Tempo de deteno real do gs (s)Vazo do esgoto (mL/min)Tempo de deteno hidrulico real no BF (min)Carga de H2S (g/m3h)*

0109012001314037,80

021100812001314037,81,1

4000812001314037,84

03Varivel**15**1200**13**140**37,8**Varivel

Tabela 2 Condies operacionais fixadas para as fases do experimento

* massa de H2S removida por volume de meio filtrante do reator a cada uma hora

** As condies estabelecidas referem-se a segunda etapa da terceira fase.

RESULTADOS e DISCUSSO

Monitoramento da fase gasosa

Avaliao do biofiltro para tratamento simultneo de esgoto e para tratamento de ar atmosfrico contendo cerca de 125 ppm de H2S.

A anlise da figura 2 mostra que os valores mdios das concentraes de H2S na corrente gasosa obtidos durante a primeira etapa do experimento, utilizando-se o mtodo gravimtrico de anlise de absoro qumica, foram em torno de 110 ppm (V/V) para a entrada e menores que 2 ppmv na sada. Esses valores demonstram que o reator se comportou de forma eficiente na remoo desse composto da corrente gasosa, com eficincias de remoo maiores do que 99%, quando se aplicou cargas em torno de 1 g-S/m3h.

Figura 2: Avaliao da remoo de H2S da corrente gasosa.

Avaliao do biofiltro para tratamento simultneo de esgoto e para tratamento de ar atmosfrico contendo cerca de 415 ppm de H2S

A anlise da figura 3 mostra que os valores mdios das concentraes de H2S na corrente gasosa obtidos durante a segunda etapa do experimento, utilizando-se o mtodo gravimtrico de anlise de absoro qumica, foram em torno de 400 ppm (v/v) para a entrada e menores que 2 ppmv para a sada. Esses valores demonstram que o reator se comportou de forma eficiente na remoo desse composto da corrente gasosa, com eficincias de remoo maiores do que 99%, quando se aplicou cargas em torno de 4 g/m3h.

Figura 3: Avaliao da remoo de H2S da corrente gasosa.

Caracterizao qualitativa e quantitativa do biogs emitido pelo reator UASB

O monitoramento do biogs produzido pelo reator UASB mostrou valores de concentrao de H2S variando entre 1500 ppm (V/V) e 3200 ppm (V/V) durante o perodo do experimento (figura 4). A quantidade de biogs produzida variou entre 3 e 6 L/min. Outras amostragens realizadas em outros dias apresentaram valores de H2S variando dentro desta faixa.

Trs amostragens realizadas em dias diferentes para estimar as faixas de concentrao de metano (CH4) no biogs apresentaram valores de 64%, 68% e 75%.

Figura 4: Comportamento da concentrao de H2S no biogs.

Segunda Etapa - Avaliao do biofiltro para tratamento simultneo de esgoto e para tratamento de ar atmosfrico contendo H2S proveniente de fonte no controlada

A anlise da figura 5 mostra uma variao expressiva das concentraes de H2S na corrente gasosa de entrada do BF e valores de H2S na corrente gasosa de sada menores que 2 ppmv. Esses valores demonstram que o reator se comportou de forma eficiente na remoo desse composto da corrente gasosa, com eficincias de remoo maiores do que 99%, quando se aplicou cargas variando entre 0,15 e 1,7 g/m3.h.

As oscilaes dos valores das concentraes de H2S na corrente gasosa de entrada se devem s variaes das concentraes de H2S, variao da vazo do biogs e principalmente ao mtodo utilizado para captura, transporte e injeo de biogs no BF. O compressor utilizado funcionava mantendo-se 40 minutos desligado e 30 segundos capturando o gs na vazo trabalhada.

Figura 5 Avaliao da remoo de H2S da corrente gasosa.

MONITORAMENTO DA FASE LQUIDA

O biofiltro atuando como tratamento secundrio de esgoto apresentou valores de eficincia mdia de remoo em torno de 60% para DQO e de 50% para slidos suspensos totais nas fases com injeo de odor e sem injeo de odor no BF.

Os valores de sulfeto dissolvido na sada mantiveram-se em torno de 0,5 mg/L. A maioria dos valores de sulfato na sada foi maior do que os valores de entrada. Os valores de pH de sada mantiveram-se acima dos valores de entrada em todo experimento.

CONCLUSO

Nestas condies experimentais, os resultados demonstraram eficincias de remoo de H2S da corrente gasosa maiores que 99%, quando se aplicaram cargas de at 4 g-S/m3.h.. E,tambm, no foi observado efeito de toxidez aguda no biofiltro, provocado pelas injees de H2S, na eficincia do tratamento de esgoto.

Esses resultados indicam que quando o biofiltro usado simultaneamente para tratamento de gases odorantes e para tratamento secundrio de esgoto pode no apresentar problemas de reduo dos valores de pH e elevao exagerada dos nveis de sulfato no efluente final.

Nestas condies experimentais, foi demonstrado que este reator pde tolerar a flutuao de cargas de H2S quando se injetou ar odorante proveniente de uma fonte de odor no controlada por um perodo de 15 dias, obtendo eficincias de remoo maiores do que 99%, enquanto detectaram-se concentraes de H2S na entrada variando entre 15 e 170 ppm (V/V), bem como cargas aplicadas de H2S variando entre 0,15 e 1,7 g/m3.h..

No foi possvel concluir com clareza sobre os efeitos do gs sulfdrico na fase lquida do BF, devido ao curto perodo de observao e por terem sido as cargas de H2S aplicadas no biofiltro durante as fases da pesquisa insuficientes para provocar alteraes significativas no comportamento dos parmetros monitorados na fase lquida do BF.

Os resultados obtidos pressupem que um biofiltro com capacidade de remoo de H2S em torno de 4 g-S/m3.h possui um alto grau de confiabilidade para purificao de fontes odorantes existentes em uma ETE composta pela a associao UASB + BF.

Os resultado obtidos no monitoramento do biogs produzido pelo reator UASB da ETE UFES indicaram faixas freqentes de vazo em torno de 3 a 6 L/min e de concentrao de H2S entre 1200 e 4000 ppm (v/v). Foram encontrados tambm valores de concentrao de metano no biogs superiores a 64%, sendo este valor um forte indicativo do poder calorfico do biogs produzido pelo reator UASB.

Um bom desempenho do biofiltro na remoo de SS, DQO e sulfeto dissolvido total foi observado ao longo de toda a pesquisa, com eficincias mdias de 54% na remoo de SS e 59% na remoo de DQO, sendo, portanto, capaz de produzir um efluente final apresentando concentraes mdias em torno de 21 mg SS/L, 64 mg O2/L e 0,6 mg/L de sulfeto dissolvido, confirmando os resultados obtidos por outros pesquisadores.

A ETE composta pela associao UASB + BF possui a vantagem de ter como unidade de desodorizao o prprio reator da unidade de tratamento de esgoto, reduzindo os espaos necessrios para a instalao de uma unidade de desodorizao.REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

1.WATER ENVIRONMENT FEDERATION (WEF) Manual of Practice N0 22 and American Society of Civil Engineers (ASCE) Manuals and Reports on Engineering Practice N0 82 - Odor control in wastewater treatment plants. 1995.

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5. Gonalves et al. Associao de um reator UASB e biofiltros aerados submersos para tratamento de esgoto sanitrio. Ps tratamento de efluentes de reatores anaerbios. Vol.1, pp 119-133, Belo Horizonte (MG) (2000).

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7ABES - Associao Brasileira de Engenharia Sanitria e Ambiental