Escuma de reatores anaeróbios tratando esgotos domésticos em escala real : produção, caracterização e proposição de parâmetros para seu gerenciamento

Orientador: Prof. Dr. Miguel Mansur Aisse

Coorientador: Prof. Dr. Sandro José Froehner

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 14/08/2015

Inclui referências : f. 101-108

Resumo: Uma tecnologia bastante empregada para o tratamento de esgotos domésticos é o reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) que possui como principal vantagem o fato de não consumir energia elétrica para a sua operação, porém, apresenta limitações quanto ao atendimento dos padrões de lançamento, geração de odor e formação de escuma. O acúmulo de escuma na superfície de reatores UASB pode prejudicar o desempenho do sistema de diversas formas e faltam informações sobre sua problemática em reatores em escala real. O trabalho foi iniciado através do diagnóstico de 203 ETEs (Estações de Tratamento de Esgotos) operadas pela Sanepar no estado do Paraná, das quais 96,10 % usam o reator anaeróbio como principal unidade de tratamento, nestas a vazão total de esgoto doméstico tratada é de 29.797 m3/h. Foi realizada a caracterização da escuma em três ETEs do estado, parâmetros como ST, STF, STV, pH, DQO, DBO, O&G, carbono orgânico, P, N-Kjeldahl, N-amoniacal, N-nitrato, N-nitrito, S, Ca, Mg, K, Na, espécies inorgânicas (As, Ba, Cd, Cr, Pb, Cu, Cr, Hg, Mo, Ni, Se e Zn), coliformes termotolerantes, Salmonella spp., ovos de helmintos e os potenciais caloríficos foram determinados. Durante todo o estudo, percebeu-se que a composição da escuma era muito semelhante ao lodo produzido pelas ETEs avaliadas. Para determinação da quantidade de escuma produzida em reatores em escala real, foram adaptados coletores de PVC na superfície dos reatores, encontrando-se taxas de produção de escuma de 4,82 a 105,33 gST/kg DQO aplicada. A amplitude destes resultados deve-se ao fato dos projetos do UASB, as eficiências de remoção de DQO, às localidades e às condições de operação serem diferenciadas. Na ETE Vassoural, em Guarapuava, foi possível submeter cada um de seus três reatores UASB a condições distintas de operação, assim foi realizada uma variação da velocidade ascensional e no nível de lodo no interior dos reatores. O reator que funcionou com velocidade ascensional inferior (0,46 m/h) formou 3 vezes mais escuma na área de decantação e 4,8 vezes mais escuma no IST e o reator que sofreu retiradas de lodo de esgoto a cada três dias produziu 2 vezes menos escuma na área de decantação e 4,5 vezes menos no IST. O desaguamento de escuma em leitos de secagem foi realizado em duas ETEs, a taxa de aplicação de sólidos para a escuma variou de 5,63 a 27,18 kg de ST/m2 e, a partir dos resultados obtidos, entende-se que valores superiores a 7,8 kg de ST/m2 não sejam recomendados. Foram realizadas três misturas em proporções diferentes de escuma com lodo de esgoto, previamente desaguados, e avaliados os parâmetros físico-químicos e microbiológicos das misturas. Não foram observadas variações significativas (P0,05) entre as médias, indicando que a inclusão de escuma em lodo de esgoto é viável em até 50% de peso seco. Observou-se uma taxa de redução do teor de O&G de 1,17 g/kg.dia para escuma acumulada na superfície dos reatores.

Abstract: The UASB reactor (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) is widely used technology for domestic wastewater treatment. The low electricity consumption is one of its advantages. However, there are some problems with discharge standards pparameters, odour generation and scum formation. The scum formation in UASB surface can decrease the performance. Even the system is well recognized for sewage treatment, there is a lack of understanding studies considering full-scale reactors in attempt to reduce the scum formation. In the fisrt part of this work, 203 wastewater treatment plant (WWTP) operated by Sanepar, in Paraná state, Brazil have been diagnosticated, which 96.10% use the anaerobic reactor as the main processing unit, these total flow of treated sewage is 29,797 m3/h. In order to characterize the scum, the following parameters were analyzed: ST, STF, STV, pH, COD, BOD, O&G, organic carbon, P, N-Kjeldahl, ammonia-N, N-nitrate, N-nitrite, S, Ca, Mg, K, Na, inorganic paramters (As, Ba, Cd, Cr, Pb, Cu, Cr, Hg, Mo, Ni, Se and Zn), coliforms, Salmonella spp., helminth eggs and calorific potential. It was observed that the scum composition was roughly similar to the sludge produced in the studied WWTP. To measure the amount of scum formed in full scale reactors, pipes of PVC on the surface of the reactors were arranged, finding rates from 4.82 to 105.33 gST/kg COD applied. The pronounced variation in those results might be due the different projects in UASB construction and operation condictions. For example, the WWTP Vassoural in Guarapuava, it was possible to operate each of three UASB reactors in different conditions, thus a variation in the upflow velocity and sludge level in the reactor was tested. The reactor operated with 0.46 m/h as upflow velocity formed 3 times more scum in settler compartment and 4.8 times in the gas chamber, while the reactor, which sludge was removed every three days formed 2 times less scum in settler compartment and 4.5 times less in the gas chamber. The scum dewatering in drying beds was carried out in two WWTP, scum solid application rate ranged from 5.63 to 27.18 kg ST/m2. The results showed that values of ST higher 7.78 kg/m2 are not recommended. Three different proportions mixtures scum with sewage sludge previous dewatered were tested, was not observed significant variances evaluated in values of the physical, chemical and microbiological parameters (P0.05), indicating that the inclusion of scum sewage sludge is feasible up to 50% of dry weight. A decrease in oil and grease content was observed (1.17 g/kg.day) in scum surface layer.