Partida de reator em bateladas sequenciais visando à identificação das condições operacionais necessárias para a formação de lodo granular aeróbio. - Sandoval, Marcel Zanetti (2019)
O presente estudo teve como objetivo principal identificar as condições necessárias para a formação de lodo granular aeróbio em um reator de bateladas sequenciais, desenvolvendo uma estratégia de partida para obter a granulação e também avaliando as propriedades morfológicas do lodo formado. Ao longo da pesquisa, também foram avaliados os resultados que podem ser alcançados mediante a aplicação deste tipo de tratamento para esgoto universitário, em termos de remoção de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo. Dividiu-se a pesquisa em duas fases, onde na primeira, desenvolvida no Laboratório de Saneamento da Escola Politécnica, utilizou-se um reator em escala de bancada e na segunda, desenvolvida no Centro Tecnológico de Hidráulica, um reator em escala piloto, ambos operando em bateladas sequenciais e com uma mesma razão altura diâmetro (H/D) de aproximadamente 10. Ambas as fases foram divididas em cinco etapas, cujo critério de divisão foi a redução progressiva do tempo de sedimentação do ciclo da batelada, inicialmente em 30 minutos, na etapa 1, e 5 minutos na etapa 10. Primeiramente, foi operado o reator de bancada por 330 dias, onde alimentou-se o sistema com efluente sintético. Em seguida, o reator piloto foi operado também por aproximadamente 330 dias, o qual foi alimentado com esgoto universitário. A pesquisa pode ser caracterizada como um período de partida para ambas as fases, onde não se obteve uma operação estável dos reatores, não sendo possível atingir um regime estacionário, uma vez que não foi realizado descarte de lodo intencional, devido à alta perda de sólidos com o efluente tratado ao final de cada ciclo. Os resultados mostraram que é possível obter a granulação aeróbia, indicando que as condições essenciais são a hidrodinâmica do reator, ou seja, a forte aeração gerando uma alta força de cisalhamento sobre as partículas e a alimentação de efluente pelo fundo do reator, fazendo com que este escoe em contato com o lodo em um ambiente anaeróbio. A estratégia operacional que envolve redução progressiva do período disponibilizado para a sedimentação do lodo contribui para aumentar a porção de biomassa granular dentro do sistema e assim favorecendo o desenvolvimento e crescimento das partículas granulares maiores e mais pesadas. No final da Etapa I foi pela primeira vez observada à presença de partículas granulares. A morfologia dos grânulos foi avaliada em termos do diâmetro de Feret e circularidade das partículas presentes. Outras propriedades do lodo foram avaliadas, como os índices volumétricos de lodo, sólidos sedimentáveis, as propriedades de remoção de carga orgânica e nutrientes. Os valores de Índice Volumétrico de Lodos (IVL) observados ficaram na faixa tipicamente observada para lodo floculento de boa sedimentabilidade. Ocorreram boas remoções de carga orgânica (DBO solúvel de 87% e DQO solúvel de 82%), assim como a eficiência de remoção de amônia, cuja média na fase I foi de 68%. Também ocorreu desnitrificação, com valores de nitrito e nitrato no efluente tratado com médias de 2,62 e 3,26 mg/L respectivamente. A remoção de fósforo foi avaliada em termos de fósforo solúvel, onde a eficiência média obtida foi de 41%. Observaram-se grânulos cujos diâmetros médios ficaram em torno de 0,3 mm, sendo que a média dos valores máximos de cada Etapa da Fase I foi de 2,3 mm. Com aproximadamente 250 dias de operação surgiram organismos filamentosos aderidos às superfícies dos grânulos formados. O crescimento de tais organismos foi progressivo, primeiramente refletindo na queda do coeficiente de circularidade dos grânulos, conferindo forma mais irregular aos mesmos e depois levando à finalização da operação do reator de bancada aos 330 dias, quando a proliferação acentuada de filamentosos resultou na quebra dos grânulos e desaparecimento destes. Na fase II, operou-se o reator em escala piloto por aproximadamente 330 dias. Nesta fase da pesquisa aplicou-se um fator de carga volumétrica e uma relação alimento-microrganismos menor do que na Fase I, contudo também foi possível observar o início do processo de granulação ainda sob tempos de sedimentação elevados (25 minutos), sendo que a granulação evoluiu ao longo da operação do reator, onde realizou-se a redução progressiva do período de sedimentação do ciclo da batelada. Os diâmetros médios dos grânulos, durante todo esse período, foram de 0,8 mm, sendo que a média dos diâmetros máximos de cada Etapa da Fase II foi de 4,8 mm. Os valores de índice volumétrico de lodo foram baixos, mostrando evolução do processo de granulação, contudo ainda na faixa considerada para lodo floculento, evidenciando ainda a presença de uma parcela considerável da biomassa na forma de flocos. Os resultados obtidos para as velocidades de sedimentação por zona também levaram à mesma conclusão. As propriedades de tratamento do lodo foram monitoradas e os resultados mostraram uma remoção de carga de 91% para DBO solúvel e 88% para DQO solúvel. A remoção de amônia apresentou eficiência média para o período de 50% e a remoção de nitrogênio kjeldahl total foi de 52%. Observaram-se valores baixos de nitritos e nitratos ao longo de toda a segunda fase, indicando a ocorrência de desnitrificação. As remoções de fósforo total e solúvel apresentaram média para o período de 75% e 76%, respectivamente. Não ocorreu proliferação de organismos filamentosos durante a operação do reator piloto.