Desempenho de reatores UASB expostos a choques de carga hidráulica e diluição de matéria orgânica devidos a eventos de chuva

Abstract

Os sistemas de esgotos urbanos são classificados em separador absoluto, separador parcial e unitário, conforme o grau de separação que existe no recolhimento dos esgotos sanitários e das águas de drenagem pluviais. Embora a diretriz das cidades brasileiras seja a adoção do sistema separador, na prática ocorre uma importante contribuição das águas de chuvas nas vazões afluentes às estações de tratamento de esgotos como produto das interconexões existentes, clandestinas ou não, entre as redes de esgotos sanitários e pluviais. Esta pesquisa investigou os impactos causados pelos choques de carga orgânica e hidráulica provocados pela contribuição das águas pluviais no desempenho de reatores UASB e seu tempo de recuperação depois de sofrer estes choques. Três reatores de acrílico de 17 litros foram construídos no Laboratório de Saneamento Ambiental do IPH. Os reatores trataram esgoto sintético simulando a concentração de DQO de esgotos domésticos a uma temperatura de 30 ± 2 °C. Um dos reatores serviu de controle enquanto os outros dois receberam choques de carga hidráulica (aumento de vazão) e diluição de matéria orgânica, simultaneamente. A operação dos reatores foi dividida em três fases: 1°) aclimatação, 2°) choques individuais de carga hidráulica e diluição de matéria orgânica 3°) simulação de uma temporada de chuva. Os choques tiveram um efeito deletério na qualidade do efluente, ocasionando quedas na eficiência de remoção de DQO total de até quase 600% e de 200% na eficiência de remoção de DQO dissolvida nos choques mais severos. Também constatou-se perda de parte da biomassa presente nos reatores devido ao aumento excessivo na velocidade ascensional do fluxo. Esta perda tornou-se menor com o tempo devido à pressão de seleção exercida pelos sucessivos choques. O pH dentro dos reatores manteve-se sempre perto da faixa neutra, porém apresentou-se um consumo de alcalinidade que se prolongou por até três vezes o tempo de detenção hidráulica após o início dos choques, devido provavelmente ao aumento na concentração de ácidos graxos voláteis no efluente. A produção de biogás também diminuiu como conseqüência da diluição da carga orgânica afluente. Os efeitos e o tempo de recuperação após os choques dependeram da sua duração e magnitude, sendo que os choques mais severos (menor concentração de matéria orgânica afluente e TDH) causaram maior deterioração na qualidade do efluente e requereram maior tempo de recuperação.Já no que diz respeito às características físico-químicas e biológicas do lodo, verificou-se que os choques causaram diminuição no tamanho médio dos grânulos do lodo e na sua velocidade de sedimentação, provavelmente devido ao aumento das forças abrasivas v provocado pelo incremento na velocidade ascensional do fluxo. De igual modo, a atividade metanogênica específica também apresentou quedas devidas, provavelmente, à diluição da carga orgânica afluente e à diminuição do tamanho das partículas do lodo.

Sewerage systems are classified as separate, partially separated, or combined, according to the degree of separation that exists in the collection of municipal wastewater and stormwater runoff. Although the official policy of brazilian cities is for adoption of the separate system, the actual scenario shows that there are significant contributions of stormwater to the flows that are transported to the wastewater treatment plants, partly because of the inappropriate interconnections that exist between the systems. This research investigated the impacts that organic and hydraulic shock loads brought by stormwater contributions have on the efficiency of UASB reactors, as well as the recovery time after the ending of the shocks. Three 17-liters acrylic reactors were built in the Environmental Technology Laboratory at IPH. The reactors were fed with synthetic wastewater prepared to resemble the organic content of wastewater. All reactors were operated at a temperature of 30 ± 2ºC. One of the reactors was used as control while the other two received hydraulic shocks with organic matter dilution, simultaneously. Reactor’s operation was divided in three phases: 1º) star-up, 2º) single organic and hydraulic shocks, and 3º) rain season simulation, with multiple shocks.Shocks have a deleterious effect on the reactor effluent quality. In the most severe cases, drops in removal efficiencies reached up to 200% and 600% for dissolved and total DQO, respectively. Reactor biomass washout occurred due to the increasing upflow velocity. This loss was dampened by the selective pressure exerted by successive shocks. pH in the reactors remained in the neutral range, although alkalinity was consumed for as long as three detention times, probably due to an increase in the concentration of volatile fatty acids in the liquid. Dilution also caused a decrease in biogas production. Recovery time depended on the duration and intensity of the shock, with more severe shocks demanding more time for recovery. The impacts of the shocks on the treatment efficiency depended on duration, organic dilution rate and flowrate increase. Longer shocks, with higher flowrates and dilution rate resulted in the worst conditions for the reactor. Shocks loads caused a decrease in the mean size of the sludge granule, as well as in their sedimentation velocities, probably because of an increase in the abrasive forces acting on the granules brought by the upflow velocity. The specific methanogenic activity also decreased with higher dilution and smaller sized sludge granules.