Digestão anaeróbia em temperaturas mesofílica e termofílica de lodo de ete usando reatores de estágio único e dois estágios

Abstract

O gerenciamento do lodo secundário excedente (LS) proveniente de estação de tratamento de esgoto (ETE) tem sido um problema enfrentado pelo setor de saneamento municipal. Neste contexto, a presente pesquisa teve como objetivo avaliar a digestão anaeróbia (DA) de lodo de ETE realizada em reatores escala piloto, de estágio único e de dois estágios, operados em temperaturas mesofílica e termofílica. Inicialmente, LS com concentração de sólidos totais entre 2% e 3% foram utilizados como substrato de reatores de estágio único com mistura intermitente. Dentre os principais resultados, verificou-se que a eficiência de remoção dos sólidos voláteis a 35oC foi maior quando o reator foi operado com tempo de detenção hidráulica (TDH) fixo (60% a 89%) que quando operado com a carga orgânica volumétrica (COV) fixa (44%). O tratamento do LS no reator a 55oC, com TDH de 13 dias, apresentou 74% de eficiência de remoção de SV e máxima produção de biogás (0,24 m³/kgSVadicionado), embora o balanço térmico tenha sido negativo face ao alto teor de umidade no LS (98%). A agitação intermitente proporcionou a retenção da biomassa metanogênica no reator e compensou o wash-out de microrganismos quando o reator foi operado com baixos TDH (inferiores a 9 dias). A DA foi posteriormente investigada no tratamento de LS com alta concentração de sólidos (6% ST) em reatores de mistura completa sob temperatura termofílica. Métodos multivariados foram empregados para o aprofundamento da análise dos dados. O biogás produzido no reator de estágio único (0,21 m³/kgSVadicionado) supriu os requisitos energéticos do processo, embora o reator tenha apresentado tendência de instabilidade operacional devido ao acúmulo de ácidos orgânicos voláteis. Quando realizado em sistema de 2 estágios, a DA apresentou maior eficiência na degradação dos SV do lodo (38%) e na produção de biogás (0,31 m³/kgSVadicionado). O reator hidrolítico foi fundamental para o controle da amônia e da alcalinidade no reator metanogênico. Os lodos digeridos satisfizeram os requisitos para reúso na agricultura em relação à concentração de patógenos, metais e contaminantes orgânicos. Portanto, a alta concentração de sólidos, a temperatura controlada termofílica e o sistema de reatores de dois estágios otimizam e aperfeiçoam o tratamento e gerenciamento de lodos de ETE.<br>

Abstract : The management of sludge from sewage treatment plants has been a problem faced by the municipal sanitation sector. In this context this research aimed carry out anaerobic digestion (AD) tests to treat waste activated sludge (WAS) in single stage and two stage pilot scale reactors under both mesophilic and thermophilic temperature ranges. In the first tests, a 2% to 3% total solids (TS) WAS was used as substrate. Among the obtained results, volatile solids removal efficiency at 35oC was greater when the digester was operated with fixed hydraulic retention time (averages between 60% and 89%) than when the reactor was operated with controlled organic volumetric rate (44%). The treatment of WAS at 55oC with 13 days HRT achieved 74% VS removal efficiency besides a high biogas yield (0.24 m³/kgVSfed), while the thermal balance was negative, strongly influenced by the high humidity content in the sludge (98%). Intermittent mixing improved the retention of metanogenic biomass inside the reactor, and compensated the wash-out fenomena especially when tests were performed with HRT lower than 9 days. Subsequently, WAS with high solids content (6% TS) were used as substrate to thermophilic completed mixed anaerobic digesters. Multivariate statistics were used to improve data mining. Biogas produced in the single stage digester (0.21 m³/kgVSfed) supplied all energy requirements of the process, although a clear accumulation trend of volatile fatty acids in this reactor has been detected. A greater VS removal efficiency (38%) and biogas yield (0.31 m³/kgVSfed) were accomplished with the 2-stage AD process. Digestates met well the European requirements for sludge reuse in agriculture regarding metals, organic pollutants and pathogens. Therefore, a high solid concentrated WAS, the controlled thermophilic temperature and the 2-stage AD system improved WAS treatment and its overall management.