Digestão Anaeróbia_Prof.PauloBelli
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DIGESTÃO ANAERÓBIA
Universidade Federal de Santa CatarinaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
Processos Biológicos em Engenharia AmbientalProf. Paulo Belli FilhoEngº Wanderli LeiteMoreira
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DIGESTÃO ANAERÓBIAUniversidade Federal de Santa CatarinaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia AmbientalProcessos Biológicos em Engenharia AmbientalProf. Paulo Belli Filho
SUMÁRIOINTRODUÇÃO...................................................................................... 3
CONFIGURAÇÃO DE REATORES..................................................... 45
DIGESTORES / LAGOAS................................................................... 48
REATORES UASB............................................................................... 69
DIGESTORES ANAERÓBIOS RURAIS..............................................97
BIOGÁS.............................................................................................. 104
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INTRODUÇÃO
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Evolução do processo anaeróbio• 1981 – Jornal Cosmos – Louis Moura – Tanque Moura – câmara
para estocar esgotos – “A mais simples, a mais bela, a maisimportante e maior invenção moderna”;
• 1890 – Tanque com pedra – precursores do filtro anaeróbio;• 1905 – Tanque Imhoff (Karl Imhoff);• 1914 – 75 cidades/EUA com Tanque Imhoff;
▫ Uso do biogás para residências.
• 1930 – Digestor de lodos de ETE;▫ Uso do biogás em motores.
• 1950 – Digestor anaeróbio de contato;• 1960 – Filtro anaeróbio;• 1972 – Leito fluidizado/expandido anaeróbio;• 1980 – Reator UASB;• 1990 – Reatores híbridos;
• 2000 – Pós tratamento.▫ GEE
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Aplicabilidade do tratamento anaeróbio
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Tratamento de esgoto sanitário• Busca pela otimização de processos que ocorrem
naturalmente no meio ambiente
• A matéria orgânica presente no esgoto não édestruída, apenas convertida a compostos maissimples▫ Necessariamente haverão subprodutos e/ou resíduos
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Aplicabilidade do tratamento anaeróbio
Produção deaçúcar;
Amido de batata; Amido de trigo;
Destilarias deálcool;
Pescados e frutosdo mar;
Papel e celulose;Destilarias/Whisky;
Fermento depadarias;
Vinhos;
Refrigerantes;Cervejarias;Conservasalimentícias;
Banana;Processamento de
café;
Matadouros;Chorume;Esgotos sanitários;Dejetos de animais;
Resíduos sólidos;
Lodos de ETE´s.
Álcool;
Aldeídos; Anilina;
Ácidos orgânicos;
Nitrobenzenos;
Fenol; Acetonas;
Glicoles;
Quininos;
Cresol.
PROCESSOS CLASSE DOSDESPEJOS
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Fundamentação teórica1. Digestão anaeróbia
A digestão anaeróbia é um processo biológico quetransforma a matéria orgânica solubilizada ou semi-líquida (lodo) em biogás constituído principalmente emgás metano (CH4) e gás carbono (CO2).
C6H12O6 → 3CO2 + 3CH4
Este processo engloba múltiplas etapas na ausência deoxigênio e sob ação de microorganismos. Osmecanismos bioquímicos e as atividadesmicrobiológicas são complexas e não bem conhecidas.Estas dependem da natureza do substrato a tratar e de
condições físico-químicas.
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Vantagens e desvantagens• Vantagens
▫ Baixa produção de lodo (↓ Y);
▫ Lodo produzido é estabilizado e facilmente dispostoem destino final;▫ Baixa necessidade de nutrientes;▫ Não necessita de energia para aeração;▫ Produz metano (CH4) que é uma fonte alternativa de
energia;▫ Admite elevadas cargas orgânicas;▫ O lodo pode ser preservado em longo tempo;▫ Reatores modernos otimizam e melhoram a eficiência;▫ Muita potencialidade para países de clima tropical.
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Vantagens e desvantagens• Desvantagens/Limitações
▫ Processo sensível à alguns compostos;▫ Período longo para adquirir a estabilização do sistema;▫ Requer pós tratamento do efluente: anaeróbio seguido detratamento (aeróbio, solo, wetland,...);▫ Poucas informações resultante de poucas pesquisas;▫ Mercado concorrente incentiva a aquisição de equipamentos;▫ A natureza do material orgânico a ser tratado;▫ A existência de fatores ambientais adequados à digestão
anaeróbia;▫ Característica da população bacteriana;▫ Intensidade do contato entre o material orgânico afluente do
reator e as bactérias;▫ Tempo de retenção hidráulico.
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Mecanismos da digestão anaeróbia• Processo bioquímico de múltiplos estágios (três) com a intervençãopredominante de bactérias e alguns fungos, capazes de estabilizar diferentes
tipos de matéria orgânica.
1. Enzimas quebram compostos orgânicos complexos, como celulose,proteínas e lipídios, em compostos solúveis, como ácidos graxos,
álcoois, dióxido de carbono e amônia.
2. Microrganismos convertem os produtos do primeiro estágio em ácidoacético, propiônico, hidrogênio, dióxido de carbono, além de outrosácidos orgânicos de baixo peso molecular.
3. Dois grupos de bactérias formadoras de metano entram em ação: umgrupo consegue produzir metano a partir de dióxido de carbono ehidrogênio, enquanto um segundo grupo realiza a conversão deacetatos em metano e bicarbonatos.
HIDRÓLISE → ACIDOGÊNESE/ACETOGÊNESE → METANOGÊNESE.
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Fenômenos Biológicos Anaeróbios
Consórcio bacterianoEsgoto = Matéria Orgânica
Aminoácidos, açucares e ácidos graxos
Ácidos graxos, Piruvato e outros
Acetato e Hidrogênio
CH4 e CO2
Hidrólise
Acidogênese
Acetogênese
Metanogênese
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Fases da digestão anaeróbia• Hidrólise: na fase hidrólise, os polímeros orgânicos são convertidos em
compostos de menor peso molecular (monômeros) solúveis sobre a ação deexo-enzimas produzidas pela população microbiana facultativa;
• Acidogênese: os produtos hidrolisados ou liquefeitos são metabolizadosatravés de bactérias fermentativas em compostos orgânicos mais simples,tais como, álcoois, aldeídos, acetonas, ácidos graxos voláteis de curtacadeia, CO2 e H2.
• Acetogênese: é uma etapa reguladora do processo. É a conversão doscompostos da acidogênese em produtos que formarão o gás metano: ácidoacético, CO2 e H2.
• Metanogênese: o ácido acético,CO2 e H2 produzido pela acetogênesesão convertidos em gás metano e em CO2.▫ Os dois caminhos de formação do metano são através da redução do CO2 e pela
descarboxilação do ácido acético.
Sulfato-redutoras e desnitrificantes: responsáveis pela redução do íon
sulfato (SO4) a íon sulfeto (S
-2
), enquanto as desnitrificantes reduzem onitrato (NO3-) a nitrogênio gasoso (N2).
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Fasesda digestãoanaeróbia
1: Hidrolise2: Fermetação3: (i) Acetogênese sintotrófica
(ii) Homoacetogênese
4: (i) Metanogênese hidrogenotrófica(ii) Metanogênese acetoclástica
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Fatores que afetam a digestãoanaeróbia
• A eficiência e estabilidade do processo de
digestão anaeróbia são variáveis diretamenterelacionadas às características do afluente e doambiente sobre o digestor.
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Fatores que afetam a digestão anaeróbia
• Necessidade de matériaorgânica, nitrogênio efósforo
• Necessidades nutricionais:
DQO / N / P DBO5 / N / P
2500 / 5 / 1 500 / 5 / 1
100 / 5 / 1 -
600 / 5 / 1 200 / 5 / 1
Elementos Concentração(mg.L-1 )
N 142
P 12
K 21
S (Sulfato) 5,2
Fe 4
Co 0,3
Zn 0,0024
V 0,022Mo 0,02
Cu 0,019
Mn 0,014
Ni 0,012
Bo 0,009
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Fatores que afetam a digestão
anaeróbia• pH e sistema tampão:▫ A atividade das bactérias metanogênicas depende do pH;▫ Depende da produção dos ácidos orgânicos e da degradação
desses compostos em metano;
▫ Condições ótimas: 6,6 à 7,6;• Equilíbrio ácido-base:▫ Assegurada pelo equilíbrio HCO3
- ↔ CO2 dissolvido nomeio;
▫ Produção e consumo do CO2;
▫ Produção e consumo dos AGV;▫ Produção de amônia;▫ Liberação de cátions metálicos pela eliminação metabólica
de ânions orgânicos.;▫ Alcalinidade HCO3
- no digestor: 1000 – 3000 mg.L-1
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Fatores que afetam a digestão anaeróbia
Inibição bacteriana em função do pH da Amônia:
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Fatores que afetam a digestão anaeróbiaRelação entre a produção acumulada do biogás (à esquerda) e do CH4 (à direita)em função do acúmulo de ácido acético.
Evolução da concentração dos diversosácidos graxos voláteis envolvidos nadigestão anaeróbia.
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Fatores que afetam a digestão anaeróbia
• Temperatura▫ Determinante para a sua
eficiência e produção de
biogás; Psicofílico - <25oC. Mesofílico – 25 à 45oC (35 oC) Termofílico – 45 à 75oC;
Produção de biogás em função da temperatura e dotempo (m³ de biogás/m³ de dejetos de suínos):
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Fatores que afetam a digestão anaeróbia
Produção específica de biogás (dejetos suínos)
T=20oC;TRH=22d
T=20oC;TRH=30d
T=35oC;TRH=22d
T=35oC;TRH=30d
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Fatores que afetam a digestão anaeróbia
• Potencial redox:
– Acetogênicas emetanogênicas < - 300mV;
– Oxigênio/outras
substâncias oxidantes:podem paralisar ometabolismo e alterar oequilíbrio do sistema.
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Fatores que afetam a digestão anaeróbia
• Íon sulfato (SO42-)
▫ O hidrogênio sulforoso(H2S) produzido naredução microbiológicado sulfato é o resultadode uma competição pelomesmo substrato (ácidoacético e H2) entre as bactérias metanogênicase bactérias redutoras desulfato;
▫ H2S pode ser tóxico àsmetanogênicas;
Produção de CH4 em RBS com sulfeto.∆ controle; 40mg/l; 80mg/l; 160mg/l;
320mg/l; 500mg/l; 640mg/l;
800mg/l; 960mg/l
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Fatores que afetam a digestão anaeróbia
• Equações da redução do sulfato e da produção dometano a partir do ácido acético e do hidrogênio:▫ Redução do sulfato:
CH3COO- + SO42- ↔ HS- + 2HCO3
- ∆G = -47 Kj 4H2 + H+ + SO4
2- ↔ HS- + 4H2O ∆G =-152 Kj▫ Produção do metano:
CH3COO- + H2O ↔ CH4 + HCO3- ∆G = -31 Kj
4H2 + HCO3- + H+ ↔ CH4 + 3H2O ∆G = -136 Kj• Inibição bacteriana pelo enxofre (mg/l):
∆Go < 0 : Reação
espontânea;desloca para a direita.
As energias livres mostramque a redução do sulfato émais fácil que atransformação de metano
Inibição Bactéria
nãoaclimatada
Bactéria
aclimatada
Fraca 50 400 a 600
Forte 200 a 300 800 a 1000
total 400 1000
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Fatores que afetam a digestão anaeróbia
• Metais pesados
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Fatores que afetam a digestão anaeróbia
Efeito do pH natoxicidade dos metais
Zn
Cu
Cd Ni
SO42
-
C o n c e n t r a ç ã o d e m e t a l q u e c a u
s a 9 0 % d e
i
n i b i ç ã o ( M m )
pH
Limites de toxicidade parametais pesados na digestão
anaeróbia
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Cinética e modelização dos processosanaeróbios
• A cinética dos processos de digestão anaeróbia sãoessenciais para o conhecimento do crescimento e dometabolismo bacteriano.
• Catabolismo fermentativo:
CxH y Oz + [(4x – y – 2z)/4]H2O → [(4x – y + 2z)/8]CO2 +[(4x + y – 2z)/8]CH4
▫ Conversão da matéria orgânica em metano: A) Glicose como fonte de energia:
C6H12O6 3CO2 + 3CH4 → 3CO2 + 3CH4
180g 132g 48g
B) A oxidação do metano: 3CH4 + 6O2 → 3CO2 + 6H2O
DBO48g 192g
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Cinética e modelização dos processosanaeróbios• A relação DBO/Glicose é 192/180 e 1kg de glicose
(m.o.) produz em CH4:Kg CH4 = (48/180)/(192/180) = 0,25
▫ Cada kg de DBO convertido produz 0,25kg de metano.Logo, o volume de 0,25kg de metano produzido pelaestabilização da matéria orgânica pode ser calculado
como segue: V CH4 = 0,25kg(10³ g/kg) . 1 mol . 22,4 l (10³ l/m³) = 0,35m³ 16g 1 mol
1 kg DBOremovida = 0,35 m³ CH4
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Cinética e modelização dos processosanaeróbios• Equações cinéticas:
Aplicação em RMC:
Taxa específica máximade crescimento
Taxa de utilização desubstrato
Taxa de crescimentobacteriano
µ
S
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Cinética e modelização dos processos
anaeróbiosModelos cinéticos usados nos processos detratamento microbiológico anaeróbio:
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Cinética e modelização dos processosanaeróbios• Padrões cinéticos para conversão anaeróbia mesofílica de substratos
orgânicos
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Bactérias• Bactérias fermentativas
▫ Famílias: Streptococcoceae; Bacillaceae;Enterobacteriaceae;
▫ Gênero: Bactenóides; Clostridium; Butynivibrio;Eubacterium; Bitidobacterium; Lactobacillus;
• Bactérias produtoras de H2▫ Syntrophomonas wollei; Syntrophobacter wolimii;
• Bactérias homoacetogênicas▫ Clostridium aceticum; Acetobacterium woodili;
• Bactérias metanogênicas
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Algumas características das bactériasprodutoras de metano (COUPLET & ALBAGNAC)
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Aparato para medição de biogás
Adaptado de van Haandel & Lettinga, 1984.
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Correção de eventuais problemas durante
a operação de reatores anaeróbiosDesprendimento de odores desagradáveis
Possíveis causas Possíveis soluções
Sobrecarga de esgoto comconseqüente diminuição do tempo de
detenção;
Diminuir a vazão afluente à unidadecom problemas;
Elevadas concentrações de compostosde enxofre no esgoto afluente;
Verificar a possibilidade de reduzir asconcentrações de sulfetos no sistema;
Elevadas concentrações de ácidos voláteis no reator, alcalinidade
reduzida e queda do pH;
Adicionar cal hidratada, a fim deelevar a alcalinidade do reator e
manter o pH próximo a 7,0 (6,8 a 7,4);Presença de substâncias tóxicas noesgoto;
Localizar e eliminar as fontes desubstâncias tóxicas;
Queda brusca da temperatura doesgoto.
Caso o reator não seja coberto, avaliara possibilidade de cobrí-lo.
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Efluente contendo elevado teor de sólidos suspensos
Possíveis causas Possíveis soluções
Sobrecarga vazão de esgoto, com consequenteelevação das velocidades superficiais;
Diminuir a vazão afluente à unidade comproblemas;
Elevadas concentrações de sólidos suspensosno afluente;
Verificar a possibilidade de remoção desólidos a montante dos reatores;
Excesso de sólidos no reator. Proporcionar o descarte do excesso de sólidospresentes no sistema.
Queda da produção de biogás
Possíveis causas Possíveis soluções
Vazamentos nas tubulações de gás; Corrigir os vazamentos;
Entupimento das tubulações de gás; Desentupir as tubulações de gás;
Elevadas concentrações de ácidos voláteis no
reator, alcalinidade reduzida e queda do pH;
Adicionar cal hidratada, a fim de elevar a
alcalinidade do reator e manter o pH próximoa 7,0 (6,8 a 7,4);
Presença de substâncias tóxicas no esgoto; Localizar e eliminar as fontes de substânciastóxicas;
Queda brusca da temperatura Caso o reator não seja coberto, avaliar a
possibilidade de cobrí-lo.
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Queda da eficiência do sistema
Possíveis causas Possíveis soluçõesSobrecarga de esgoto com conseqüentediminuição do tempo de detenção;
Diminuir a vazão afluente à unidade comproblemas;
Elevadas concentrações de ácidos voláteis noreator, alcalinidade reduzida e queda do pH;
Adicionar cal hidratada, a fim de elevar aalcalinidade do reator e manter o pH próximoa 7,0 (6,8 a 7,4);
Perda excessiva de sólidos do sistema, comredução do leito e da manta de lodo;
Diminuir a vazão afluente à unidade comproblemas ou retirar temporariamente oreator de operação;
Presença de substâncias tóxicas no esgoto; Localizar e eliminar as fontes de substânciastóxicas;
Queda brusca da temperatura de esgoto. Eventualmente, retirar o reator de operaçãoaté que ocorra a redução dos ácidos voláteis.
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Proliferação de insetos
Possíveis causas Possíveis soluções
Presença de camada de escuma e óleo quenormalmete se forma nos reatores anaeróbios.
Aplicar dosagens adequadas de algum tipo deinseticida, de modo a não prejudicar o
funcionamento do reator;Remover a camada de escuma e aterraradequadamente;Caso o reator não seja coberto, avaliar apossibilidade de cobrí-lo.
Flutuação de grânulosPossíveis causas Possíveis soluções
Sobrecarga de esgoto com conseqüentediminuição do tempo de detenção;
Diminuir a vazão afluente à unidade comproblemas;
Reinicialização da operação do sistema, apóslongos períodos de paralização.
Reinicializar o sistema com aplicação demenores cargas volumétricas.
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Programa de monitoramento
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CONFIGURAÇÃO DE REATORES
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• Digestoresconvencionais
• θ ~ θc
• Digestores nãoconvencionais
• θ c>> θ
Configuração de digestores
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Processos de tratamento anaeróbio
Tanque séptico
Reator anaeróbio de manta de lodo
Filtro anaeróbio
Leito expandido
Digestor de contato
Mixing
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DIGESTORES / LAGOAS
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Digestores / Lagoas• Alto teor de SSTa) Fator de carga: SVT (Kg/m³ . dia);
▫ Baixa carga de sólidos 0,5 a 1,6 Kg SVT/m³.d ; Sem agitação; Único estágio.
▫ Alta carga de sólidos
1,6 a 6,4 Kg SVT/m³.d ; Agitado; 1 ou 2 estágios:
1º estágio: 3 a 4 Kg SVT/m³.d ; e θ = 10 dias; 2º estágio: θ = 2 a 4 dias;
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Digestores / Lagoas• Temperatura
Digestor de alta carga Digestor de baixa cargaTºC Θ (dias) TºC Θ (dias)
18 28 10 75
24 20 16 56
30 14 21 4235 10 27 30
32 25
38 24
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Digestor de baixa taxa Digestor de alta taxa
1 estágio
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Digestor de alta taxa
1o estágio(Completamente
misturado)
2o estágio(Estratificado)
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Lodoafluente
Efluentelíquido
Efluentegasoso
Lododescarte
Lodo (entradasecundária)
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Digestor anaeróbio de lodo(Plug Flow)
Afluente Biogás
Sobrenadante
Lodoexcedente
Efluente
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Tempo necessário paradigestão da matéria
orgânica em diferentestemperaturas
Variação da produçãode biogás em função
do tempo e datemperatura
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Degradação do material volátil em função doTDH e das características do digestor
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• O filtro anaeróbio é, basicamente, uma unidadede contato, na qual o esgoto passa através deuma massa de sólidos biológicos contidos dentrodo reator, que pode se apresentar em três formasdistintas:• Na forma de uma fina camada de biofilme aderido às superfícies
do material suporte;• Na forma de biomassa retida nos interstícios do material suporte;• Na forma de flocos ou grânulos retidos no fundo falso, abaixo do
material suporte.
• Filtro Anaeróbio: Eficiência de 70 a 85%
Digestor de leito fixo (filtro anaeróbio)
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Biomassa nos Sistemas Anaeróbios
Retenção da BiomassaPor Adesão
Retenção por FloculaçãoRetenção por Granulação
Retenção Intersticial
Estrutura de arranjo bacteriano no grânulo
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Digestor de leito fixo (filtro anaeróbio)
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Digestor de leito fixo(Tanque séptico → filtro anaeróbio)
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Digestor de leito fluidificado
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Digestor de leito fluidificado
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Lagoa anaeróbia
• Lagoas semsistema de
recuperação de
biogás emitemGEE para aatmosfera.
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Lagoa anaeróbia
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Lagoa anaeróbia (coberta)
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Estação de Tratamento de EsgotosLittleton / Englewood – Colorado/EUA.
Fonte: http://www.englewoodgov.org/index.aspx?page=113. Acesso em: 4. out. 2009.
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REATOR UASB
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Reator UASB O UASB que no Brasil inicialmente foi nomeado como
digestor anaeróbio de fluxo ascendente (DAFA) foi
desenvolvido na década de 70 pelo Prof. Lettinga e suaequipe, na Universidade de Wageningen - Holanda.
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Reator UASBDo Inglês: Upflow A naerobic Sludge Blanket
Funcionamento: o esgoto afluente entra no fundodo reator e em seu movimento ascendente, atravessauma camada de lodo biológico que se encontra emsua parte inferior sofrendo degradação anaeróbia.Na parte superior existe um sistema de separação defases, constituído de decantador e defletor. Odefletor separa o biogás da fração líquida-sólida,evitando que este entre no decantador,proporcionando a sedimentação dos sólidos comretorno para a acamada ativa biologicamente.
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Sistema dedistribuição
Manto de lodo
Biogásascendente
Defletor de biogás
Efluente bruto
Efluentetratado
Biogás
Componentes reator UASB
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Reator UASB: Esquema de funcionamento
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Reator UASB: Esquema de funcionamento
• UASB 2câmaras
de reação
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Reator UASB• Características : Esgotos sanitários/Fpolis
▫ Eficiência de remoção: DBO: 50 à 75% DBO5: 55 à 85% ST: 65 à 85% SST: 70 à 85%
▫ Tempo de detenção hidráulico: 4 à 12 horas
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Reator UASB• Vantagens
▫ Podem ser aplicados em vários pontos da rede de esgoto,"pulverizando-se" assim o sistema de tratamento, o que reduzsignificativamente os custos de construção da rede coletora e decondutores de esgoto;
▫ Requerem menor área de construção (aproximadamente 0,01 m2
por habitante (lagoas de estabilização necessitam de 3 ou 4 m2
por habitante);▫ Baixa produção de lodo e já estabilizado;▫ Gasto com energia nulo ou muito baixo;▫ Baixa demanda por nutrientes;▫ Produção de energia (biogás);▫ Altas cargas orgânicas (até 30 kgDQO/m3.dia);▫ Simples operação;
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Reator UASB• Desvantagens
▫ Baixa qualidade do efluente;▫ Não remove nutrientes;
▫ Geração de odor e corrosão (H2S);▫ Geração de escuma (gordura / material flotante);▫ Consórcio bacteriano complexo.
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Projeto/partida/operação de reatorUASB• 1) Separador gás/sólido/líquido
▫ Interface gás/líquido aproximadamente 20% da áreacom taxa inferior a 25 m³/m²/dia;
▫ Inclinação: 50º à 60º;• 2) TRH (θ = V/Q) (4 à 72 horas) função do despejo a
ser tratado;• 3) Altura
▫ h< 10m (DQO elevada e afluente solúvel);▫ H: 5 à 7m (DQO da ordem de 3000 mg/l);▫ h: 5m (DQO inferior a 1000 mg/l)
Ex: esgotos sanitários: TRH – 4 à 18 horas; h = 5m;
80% DQO e grânulos de ф 8mm.
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Projeto/partida/operação de reator
UASB• 4) Taxa superficial: V (m/h) = h/θ▫ Vazão média: 0,5 – 0,7 m/h;▫ Vazão máxima: 0,9 – 1,2 m/h;▫ Vazão de pico (duração de 2 à 4 horas): 1,5 m/h.
• 5) Pontos de distribuição afluente▫ 1 ponto / 1 à 4m² de fundo do reator;▫ Função da DQO:
↑ DQO implica em menos pontos; ↓ DQO implica em mais pontos.
• 6) Carga orgânica volumétrica - COV (kgDQO/m³.dia) = Q . S / V
▫ Q: Vazão (m³/dia);▫ S: Concentração afluentes (kg DQO/m³);▫ V: Volume do reator (m³).
Exemplo para esgotos sanitários: COV de 2,5 a 3 kg DQO/m³.d
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• 7) Compartimento de decantação▫ Taxa de decantação: 0,6 à 0,8 m/h;▫ TRH: 1 à 2 horas;▫ Abertura de acesso ao decantador: 2,5 m/h para vazão média.
• 8) Partida do reator▫ 8.1) Velocidade: 0,5 m/h▫ 8.2)Partida com inóculo adaptado – sem aclimatação;
Partida com inóculo não adaptado – com aclimatação;
Partida sem inóculo – autoinoculação Volume do inóculo = f(lodo de semeadura)
Ex. esgotos sanitários: 0,05 à 0,5 kgDQO / kg SSV . d (partida) 2 kgDQO / kg SSV . d (equilíbrio)
Projeto/partida/operação de reatorUASB
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▫ 8.3) Aclimatação Diluir o efluente para DQO > 5000 mg/l;
Aumentar COV quando DQO, DBO atingir60% de eficiência; Manter a concentração de ácido acético de
1000 mg/l;
Para esgotos sanitários de 200 à 300 mg/l. pH aproximado de 7,0. 8.4) Acúmulo de lodo
Esgotos sanitários: 0,1 à 0,2 SST/kg DQO aplicada.
Projeto/partida/operação de reatorUASB
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- Reator de manta de lodo UASB / RALF
- Circular
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- Reator de manta de lodo UASB / RALF
- Retangular
E MANTO DE LODO - UASBCORTE TRANSVERSAL
REATOR ANAERÓBIO DE FLUXO ASCENDENTE
SAÍDA DE GÁS e DESCARGA DE ESCUMA
SAÍDA DE GÁS - Ø 4" SAÍDA DE GÁS - Ø 4"
SELO HÍDRICO
DISTRIBUIDOR
CENTRAL DE VAZÃO
DESCARGA DE ESCUMA
QUEIMADOR
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- Reator de manta de lodo UASB / RALF
E MANTO DE LODO - UASBCORTE TRANSVERSAL
REATOR ANAERÓBIO DE FLUXO ASCENDENTE
DISTRIBUIÇÃO e DESCARGA DE LODODISTRIBUIDOR
CENTRAL DE VAZÃO
D E S C A R G A D E D E L O D O
DISTRIBUIDORES
DESCARGA DE LODO
LONA
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SISTEMAS COMBINADOS:
Reator UASB + Aplicação no Solo
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SISTEMAS COMBINADOS:
Reator UASB + Filtro biológico
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UASB – Associado a Filtro Percolador
ETE Experimental para 500habitantes – Belo Horizonte - MG
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DIGESTORES ANAERÓBIOS
RURAIS
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Modelo de biodigestor chinês
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Aplicação rural do digestormodelo chinês
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Modelo de biodigestor indiano
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Aplicação de digestor anaeróbio seguido de
lagoas para médias propriedades(Braço do Norte – SC)
l d d ób d d
102
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Aplicação de digestor anaeróbio seguido delagoas para médias propriedades
(Braço do Norte–
SC)
Digestão anaeróbia e aproveitamento
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Digestão anaeróbia e aproveitamentodos subprodutos – reuso e valorização
dos dejetos.
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BIOGÁS
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Biogás – Gás metano• O gás produzido durante o processo de digestão
anaeróbia, também conhecida como biogás, é
formado basicamente por metano, CO2 e pequenasconcentrações de nitrogênio, oxigênio e H2S, alémde traços de hidrocarbonetos voláteis.
• A densidade do biogás, assim como sua capacidade
calorífica, varia com a sua composição. Quantomaior a concentração de metano no biogás,maior será seu poder calorífico e menor suadensidade.
106
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Características dos gases formadores
do biogás• Metano (CH4) – inodoro, incolor e inflamável, com LIE de
5% e LSE de 15%. Possui densidade relativa inferior à do ar(0,55), sendo facilmente dispersado. Não é tóxico, embora emconcentrações elevadas possa reduzir a concentração de ar aníveis asfixiantes.
• Gás Carbônico (CO2) – inodoro, incolor e não inflamável.Possui densidade relativa superior à do ar (1,53), sendoasfixiante em concentrações acima de 2%.
• Gás Sulfídrico (H2S) – incolor, inflamável e com cheirocaracterístico de ovo podre. É irritante e asfixiante, emconcentrações superiores a 1% inibe o sistema olfativo eprovoca inconsciência. Possui densidade relativa próxima aoar (1,19), LIE de 4,3% e LSE de 43,5%.
107
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Composiçãotípica do biogás
Fontes de
dejetos
m³/animal . dia
Bovino 0,36
Suíno 0,18
Galinha 0,01
Homem 0,03
Produção debiogás por tipo
de animal
Bi á Gá t
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Biogás – Gás metano
• 1 m³ CH4▫ 1,1 litro gasolina▫ 0,66 litro diesel▫ 150 kg de lenha▫ 9,4 kWh
• 1 m³ Biogás▫ 0,8 kg carvão vegetal▫ 1,5 kg de lenha▫ 0,55 litros de óleo diesel▫ 0,58 litros de querosene▫ 0,7 litros de gasolina▫ 0,45 kg de GLP▫ 0,80 litros de carburante
▫ 0,74 kg de carvão mineral
• Poder calorífico de alguns combustíveis
109
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Dejetos de suínos–
características(Brasil)
Potencialidades de produção de gás
110
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Potencialidades de produção de gásmetano em SC através da produção animal
• Resultados práticos – UFSC/EMBRAPA ▫ Suínos → 260.000 m³/dia
• Potencialidade teórica▫ Suínos → 500.000 m³/dia
▫ Bovinos → 180.000 m³/dia
▫ Aves → ???
▫TOTAL → 680.000 m³/dia**
• GASBOL / SC – 1,3 milhões m³/dia;▫ 1m³ de CH4 ~ 0,62 l gasolina
0,79 l alcool.
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Santa Catarina
• Suinocultura / Bovinocultura / Avicultura1,2 MILHÕES m³ CH4/dia
SUINOCULTURA – 75.000 m³ CH4/dia120.000 famílias
Exemplo:3000 suínos = 84.000 KWh
80 famílias* GASBOL – 1,3 milhões m³/dia (R$ → US$ ??)
900.000 m³/dia
300.000 m³/dia
Análise do biogás112
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Análise do biogás• Medição da quantidade de gás obtido
▫ Quantificar o gás produzido em volume• Análise da composição química dos principais componentes
▫ Composição de CO2; H2S; CH4
• Enriquecimento do gás em CH4
▫ Eliminação do CO2
e H2S.
Análise do biogás113
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Análise do biogás(SANT´ANNA, 2009)
• Enriquecimento do biogás – Lavador de biogás do tipo torrede enchimento.
▫ Remoção de gássulfídrico (H2S) edióxido de carbono(CO2);
▫ Líquido de absorção:água
114
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Consumo de biogás – UsosDESTINO CONSUMO MÉDIO
Cozimento 0,33 m³/dia.pessoa
Iluminação (100 W) 0,12 m³/horaRefrigerador médio 2,2 m³/dia
Chuveiro 0,80 m³/banho
Motor 0,45 m³/hp/h Aquecedor de água (100ºC) 0,08 m³/litro
Eletricidade (1KWh) 0,62 m³/h
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A Utilização do biogás como fonte de
116
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A – Utilização do biogás como fonte deenergia elétrica
• Uso de motor de combustão interna à gás comgerador de energia elétrica.
B – Utilização do biogás para aquecimento117
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B Utilização do biogás para aquecimentodos biodigestores para otimização da
produção de CH4
• Aquecimento daágua aproveitando a
combustão de partedo biogás produzidoinicialmente a fim de
manter atemperatura do biodigestor natemperatura de
máxima produção do biogás sobretudo nosperíodos de inverno.
C – Utilização do biogás na geração de118
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C Utilização do biogás na geração decalor para aquecimento de água e
cozimento de alimentos.• Aproveitamento da combustão do biogás em queimadores de
fogões e aquecedores de água para uso doméstico e outros fins.
D Utili ã d bi á ã d f i
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D – Utilização do biogás na geração de frio
em sistemas de refrigeração por absorção.• Aproveitamento da
combustão do biogás em
geladeiras operadas comsistemas de absorção afim de produzir frio paraser utilizadas na
conservação dealimentos.
D Utili ã d bi á ã d f i
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D – Utilização do biogás na geração de frio
em sistemas de refrigeração por absorção.• Aproveitamento da
combustão do biogás em
geladeiras operadas comsistemas de absorção afim de produzir frio paraser utilizadas na
conservação dealimentos.
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FIM