O COMPORTAMENTO E DESEMPENHO DO PROCESSO REATOR BIOLÓGICO COM LEITO MÓVEL PARA A REMOÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA E COMPOSTOS NITROGENADOS

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Palavras Chave: Biomassa aderida, MBBR, Remoção de Matéria Orgânica e Nitrogenada, Tratamento de Esgotos Domésticos.

Introdução

“Moving Bed Biofilm Reactor” (MBBR) e “Integrated Fixed Film Activated Sludge” (IFAS) constituem uma tecnologia recente que vem ganhando mercado e aplicação para o tratamento de efluentes, podendo ser traduzidos como Reator Biológico com Leito Móvel, que consiste em uma tecnologia adaptada ou não do processo de lodos ativados, baseada na combinação entre sistemas dos tipos massa liquida em suspensão e massa aderida (biofilme). Esta tecnologia foi introduzida pelas autoridades responsáveis pelo controle de poluição da Noruega. A empresa norueguesa Kaldnes Miljoteknologi AS, em parceria com a Universidade da Noruega, iniciou o desenvolvimento do processo MBBR/IFAS, objetivando principalmente a ampliação da capacidade de tratamento de grande quantidade das ETEs de pequeno porte existentes no país, proporcionando ETE que ao mesmo tempo possuíam dimensões compactas e elevada capacidade de tratamento (Ødegaard et al., 1994).

A diferença entre os processos MBBR e IFAS, sucintamente, é a recirculação de lodo que acontece no processo IFAS da mesma forma em que se aplica no processo de lodos ativados. Por isso, estes dois processos (lodos ativados e IFAS) possuem elevada semelhança para seu dimensionamento e operação.

No interior do tanque de aeração do processo MBBR, as peças que constituem o meio suporte são mantidas em suspensão, e sujeitas à agitação promovida pelo sistema de aeração, apresentam elevada mobilidade, e consequentemente maior exposição e contato com a massa líquida. Trata-se assim de um reator biológico híbrido, no qual os microorganismos são mantidos em suspensão no meio como também aderidos aos meios suporte.

O conceito para o emprego de meios suporte no reator biológico consiste na criação de área superficial para o crescimento de biomassa e elevação do tempo de retenção celular. A maior concentração de sólidos mantida aderida e em suspensão no reator permite o aumento da decomposição da matéria orgânica carbonácea e da conversão de compostos nitrogenados, quando comparadas às que ocorrem no processo de lodos ativados. Nesse sentido o processo pode depender de menores volumes para o reator biológico reduzindo assim o custo de implantação, e sendo uma excelente alternativa para upgrade em uma ETE.

Seus parâmetros de controle são os mesmos aplicados ao processo de lodos ativados, guardada a especificidade de que a concentração de sólidos em suspensão no tanque de aeração é também devida à biomassa aderida aos meios suporte e, por consequência, existe uma relação entre os volumes de meio suporte e do tanque de aeração. Assim, a relação entre a carga orgânica aplicada ao reator biológico e a área superficial total devida ao meio suporte surge como um parâmetro de controle particular do processo MBBR– aqui denominado Carga Orgânica Superficial (COS), expressa em gDBO/m².d. Sendo este o parâmetro que melhor pode ser associado a este processo.

O material utilizado para a fabricação dos meios suporte é usualmente polietileno ou polipropileno, cuja densidade varia entre 0,95 a 0,99 g/cm3; diâmetro entre 10 e 45 mm e largura entre 7 e 30 mm tem sido utilizadas nas peças. A adição máxima de meios suporte ao tanque de aeração corresponde a 70% do seu volume. Apresentam-se na Figura 1 alguns tipos de meio suporte utilizados, atualmente, no processo MBBR.

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Figura 1: Meios suporte aplicados no processo MBBR (Kaldnes, Aqwise, Degremont e Veolia)

As diferentes configurações dos meios suporte resultam em diferentes áreas de contato, as quais podem ainda apresentar maior ou menor potencial para aderência de biomassa em função do arranjo e desenho geométrico da peça. Neste sentido, os meios suporte podem ser caracterizados tanto em função da superfície total disponível, assim como em função de uma parcela desta, a qual corresponderia à área em que realmente possibilita a efetiva aderência de biomassa. A área superficial específica destes meios suporte existentes no mercado variam desde 350 até 900 m²/m³.

Dentre as principais vantagens desta tecnologia tem-se a obtenção de sistemas compactos e robustos aos picos de cargas orgânicas e hidráulicas e às variações de pH e temperatura; a possibilidade de supressão da operação de recirculação do lodo; menor custo de investimento devido ao menor volume do reator aeróbio; e a possibilidade de aplicação como solução para upgrade de ETEs existentes.

Em relação ao sistema de aeração empregado no sistema MBBR, deve-se levar em conta para o projeto o fornecimento de oxigênio para satisfazer a demanda adicional da biomassa, da DBO e/ou dos compostos nitrogenados a serem oxidados, e da manutenção dos meios suporte em suspensão no meio líquido. Para isso, utiliza-se em geral, sistema de bolhas grossas ou médias, pois os choques entre os meios suporte em suspensão forçam a quebra destas bolhas em bolhas finas e aumentam o tempo de contato das mesmas no meio (Jordão & Pessôa, 2009). Ressalta-se que em casos de upgrade, o excesso de oxigênio necessário é satisfeito com pouca ou nenhuma modificação no sistema de aeração, embora se recomende manter no reator uma concentração de Oxigênio Dissolvido (OD) de 3,0 mg/l.

Portanto, teoricamente, a utilização da tecnologia MBBR apresentaria grande vantagem econômica em relação ao processo de lodos ativados, pelo fato de permitir, para a mesma carga orgânica aplicada, a implantação de unidades de menor dimensão. Ou ainda, considerando unidades de mesma dimensão, a maior capacidade de tratamento.

O presente trabalho foi desenvolvido no âmbito do Edital Nº 5 do PROSAB (FINEP/CNPq/CAIXA) nas instalações do Centro Experimental de Saneamento Ambiental (CESA) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), onde encontram-se em investigação pesquisas aplicadas ao processo MBBR que visam caracterizar o seu comportamento e desempenho em relação à remoção de matéria orgânica e compostos nitrogenados.

Dito isso, o presente trabalho tem como principal objetivo apresentar e discutir alguns conceitos inerentes ao processo MBBR e avaliar o desempenho do mesmo quando submetido à variação de suas condições operacionais.

Metodologia

Aparato Experimental

O aparato experimental objeto do presente trabalho é principalmente