NITRIFICAÇÃO EM BIODISCO

REMOÇÃO DE NITROGÊNIO DE ÁGUAS RESIDUARIAS DE SUINOCULTURA
POR CONTACTORES BIOLOGICOS ROTATÓRIOS E REATOR ANOXICO
O. Pereira-Ramirez, R.M. Antunes M.S. Quadro, P.R. Koetz.
Laboratório de Saneamento Rural - Faculdade de Engenharia Agrícola - Universidade Federal
de Pelotas, RS-Brasil; [email protected]
RESUMO: A crescente produção de suínos está constantemente em conflito com o meio
ambiente devido a inexistência de gestão ambiental direcionada ao ciclo da produção animal e
ao setor industrial, mormente, devido ao manejo incorreto dos dejetos produzidos.
Associados as grandes concentrações de animais confinados aparecem enormes despejos de
matéria orgânica, nutrientes inorgânicos e emissões gasosas, que requerem cuidados especiais
para sua disposição ao meio ambiente.
O objetivo deste trabalho foi de verificar o uso de um reator Contactor Biológico Rotatório
(CBR) para a nitrificação do efluente de suinocultura, com tratamento anaeróbio anterior por
um UASB e um filtro anaeróbios (FA), ligados em série. Simultaneamente foi verificado o
desempenho da denitrificação em um reator de biomassa fixa, de modo a não entregar ao
meio ambiente águas contaminadas com alto teor de nitrato.
O sistema CBR-reator anóxico se mostrou capaz de remover a carga amoniacal em 98% e
uma vez associado ao reator de biomassa fixa conseguiu uma eficiência na remoção de 76%
do nitrogênio oxidado. No entanto as concentrações na descarga estão acima dos padrões
limites de emissão da legislação ambiental, o que sugere mais estudos e novas tentativas de
operação do sistema proposto.
PALAVRAS CHAVES: CBR, Nitrogênio, suinocultura.
NITROGEN REMOVAL FROM SWINE SLURRIES WITH ROTATING
BIOLOGICAL CONTACTOR-ANOXIC REACTOR SYSTEM
ABSTRACT: The swine production is constantly in conflict with the environment due the
inexistence of environmental administration addressed to the cycle of the animal production
and the industrial section, mostly by the incorrect handling of the produced dejections.
Associated with these increased herds are large quantities of wastes, including organic
matter, inorganic nutrients and gaseous emissions.
The objective of this work was verifying the use of a reactor Rotating Biological Contactor
(RBC) for the swine slurries nitrification, with previous anaerobic treatment with an UASB
and an anaerobic filter (FA). Simultaneously the action of the denitrification was verified in
a fixed biomass reactor, in the aim to not give to the environment polluted waters with short
nitrate tenor.
The system CBR was shown capable to remove the ammonium load in 98% and once
associated to the fixed biomass reactor it got a removal efficiency of 76% of the oxidized
nitrogen. However the concentrations in the discharge are above the patterns limits of
emission of the environmental legislation, we suggest more studies and new attempts of
operation of the proposed system
KEY WORD: RBC, Nitrogen, Swine.
INTRODUÇÃO: A produção de suínos está constantemente em conflito com o meio
ambiente devido a inexistência de gestão ambiental direcionada ao ciclo da produção animal e
ao setor industrial, e entre alguns aspectos, o manejo incorreto dos dejetos produzidos. No
Brasil este problema é acentuado em regiões com alta densidade destes animais, onde os
principais problemas ambientais a serem enfrentados são: presença de insetos, emissões de
maus odores, alterações das características do solo e a poluição hídrica (BELLI FILHO,
1998).
Os dejetos provenientes da suinocultura são compostos principalmente por fezes (alimentos
não totalmente digeridos compostos por carboidratos, proteínas, lipídeos usados na
formulação das rações), urina e água usada no manejo, que carreia desperdícios de alimentos.
Para minimizar esta carga poluidora, os sistemas de depuração convencionalmente utilizados,
no manejo de resíduos da suinocultura, são a bioesterqueira e a esterqueira convencional
seguidos de processos de estabilização por lagoas, mais raramente encontram-se processos
performantes anaeróbios e aeróbios, do tipo reatores UASB e lodos ativados. Segundo
SEGATO (1998) citando BAILEY et al.(1996) comenta que os processos aeróbios
apresentam um alto consumo de energia elétrica além dos custos com a grande quantidade de
produtos adicionados no pré-tratamento físico-químico. Além disso, BAILEY et al.(1996)
notou evidências indicando que os efluentes anaeróbios são facilmente degradados
aerobicamente.
Algumas das vantagens do sistema de CBR são a baixa necessidade de energia e fácil
manutenção, flexibilidade do processo, um maior grau de nitrificação pode ser alcançado pelo
desenvolvimento de culturas bacterianas seletivas nos últimos estágios, não há necessidade de
reciclo da biomassa e a biomassa tem geralmente boa sedimentação (RAMALHO, 1983).
Neste processo de biomassa fixa rotativo, as bactérias nitrificantes se fixam no suporte e
passam a crescer formando um biofilme que utiliza o oxigênio dissolvido no líquido, o
nitrogênio e demais substratos. A absorção do oxigênio ocorre pela rotação dos discos
(JUNQUEIRA, 2000).
O objetivo deste trabalho foi de verificar o uso de um reator Contactor Biológico Rotatório
(CBR) para a nitrificação do efluente de suinocultura, que anteriormente sofreu tratamento
anaeróbio por um UASB e um filtro anaeróbio (FA) ligados em série. Simultaneamente foi
verificado o desempenho da denitrificação em um reator de biomassa fixa, de modo a não
entregar ao meio ambiente águas contaminadas com altos teores de nitrato.
MATERIAIS E MÉTODOS: O trabalho foi realizado no Laboratório de Saneamento Rural
da Faculdade de Engenharia Agrícola (FEA) e as analises foram realizadas pelo Laboratório
de Controle de Poluição do DCTA, da Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel na
Universidade Federal de Pelotas (UFPel), no Rio Grande do Sul – Brasil.
O sistema piloto foi composto de dois reatores anaeróbios (UASB e FA) e um CBR/reator de
biomassa fixa em série. O UASB possuía 16L e um tempo de detenção hidráulica (TDH) de
12h, o FA possuía um volume de 12L e um TDH de 8,5h.
O CBR era composto por um eixo metálico que sustentava 18 discos com 0,30m de diâmetro,
com as suas duas faces cobertas por uma espuma de polímero plástico, afastados em 1cm,
com um nível de submergência de 40% dentro de um reservatório de fibra de vidro e resina,
com um volume útil total de 27L. O acionamento era realizado por um sistema de motor
elétrico dotado de variação na velocidade, mantendo-se em 2rpm. O tempo de detenção
hidráulica foi de 22h.
O material nitrificado era recirculado por meio de uma bomba peristáltica para um reator de
biomassa fixa de volume 4L usando como suportes peças plásticas com elevada relação
m2/m3, localizado anteriormente ao CBR onde acontecia uma mistura entre o efluente
proveniente do sistema anaeróbio com o oxidado na tentativa de aproveitar o carbono residual
remanescente da digestão anaeróbia e ainda aproveitar a alcalinidade liberada pela reação de
denitrificação para auxiliar a nitrificação. O fator de reciclo foi de 100% do fluxo original.
O experimento foi conduzido durante 24 semanas, sendo que o período de adaptação do
biofilme foi de 6 semanas e o período de coleta de dados foi de 18 semanas. O experimento
foi dividido em duas fases, onde foi avaliada a influencia da Carga orgânica aplicada (COA)
na eficiência da remoção do conteúdo amoniacal e da denitrificação do nitrogênio oxidado.
Os parâmetros físico-químicos acompanhados durante o tempo de operação foram: pH,
temperatura, DQOt, DQOf, SFT, SVT, ST, Oxigênio Dissolvido (OD), Alcalinidade Total e
Parcial, Acidez Volátil Total, N-NH4, N-NTK, N-NO3. As análises seguiram o Standard
Methods for the Examination of Water and Wastewater, 1995.
O CBR foi alimentado com o efluente parcialmente tratado pelo sistema anaeróbio, com
características apresentadas a seguir pela tabela1.
Tabela 1 – Variação dos valores da alimentação.
Parâmetro
DQOf
DQOt
SV
SVT
pH
N-NTK
N – NH4
Alcalinidade 4,3
Alcalinidade 5,7
Acidez Volátil Total
Temperatura
Unidade
mg.L-1
mg.L-1
mg.L-1
mg.L-1
mg.L-1
mg.L-1
mgCaCO3.L-1
mgCaCO3.L-1
mg.L-1Ac Acético
o
C
Média
570,5
853,6
2794,9
1373,7
8,1
459,0
388,1
3811,7
2308,0
217,2
25
Mínimo
323,3
630,0
1100,0
740,0
7,7
356,0
288,8
3270,0
1057,0
155,0
24
Máximo
987,3
1300,0
4270,0
2210,0
8,3
551,0
477,5
4120,0
3381,8
280,0
26
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O efluente foi condicionado pela adição de bicarbonato de
sódio para ter uma relação alcalinidade/NTK superior a 7,14mgCaCO3.L-1 conforme
recomendações de METCALF & EDDY 1991, o que promoveu uma estabilidade no pH 7,0 a
8,0 dentro do reator de nitrificação. A temperatura dentro do CBR foi mantida entre 24 a 26ºC
e o oxigênio dissolvido (OD) foi de níveis superiores a 4mg.L-1.
A relação DQO/NTK manteve-se dentro da faixa de 0,88 a 2,14 e com média de 1,23, faixa
esta, sugerida por METCALF & EDDY, 1991, para permitir uma melhor conversão do
nitrogênio a nitrato, uma vez que os microorganismos nitrificantes presentes, em quase todos
os sistemas de tratamento aeróbio, terão melhores condições de desenvolvimento. No entanto
a massa de microrganismos nitrificantes (autotróficos) produzida por unidade de massa de
substrato metabolizado é inferior em rendimento (crescimento celular) ao dos microrganismos
heterotróficos, principais responsáveis pela remoção carbonácea. Esta relação tem um forte
impacto no equilíbrio da população dos microrganismos participante do processo.
A COA variou entre 7,13 e 14,7KgDQO.m-2.d-1 para a DQOt e de 3,66 até 11,18KgDQO.m2 -1
.d para DQOf. A taxa de aplicação nitrogenada variou entre 4,03 a 6,24KgNTK.m-2.d-1,
com média de 5,20KgNTK.m-2.d-1.
A maior eficiência de remoção do nitrogênio amoniacal ocorreu durante a fase onde a carga
orgânica era menor (7 a 10KgDQO.m-2.d-1) e a maior eficiência de remoção do NTK também
ocorreu durante a mesma fase, de acordo com a tabela 2, fato esperado por se encontrarem as
condições ambientais propicias para o desenvolvimento das bactérias nitrificantes.
A eficiência de denitrificação foi de 82%, provavelmente não foi possível um melhor
desempenho por se tratar de uma reação onde a fonte de carbono era endógena e se
apresentava menos biologicamente degradável por já ter sido grandemente estabilizada nos
reatores anaeróbios preliminares e por não ter sido disponibilizada uma fonte externa de
carbono como o metanol de mais fácil consumo (REDDY 1998).
Tabela 2:Valores de remoções em função da carga orgânica aplicada.
Bt (KgDQO.m-2.d-1)
Eficiência de denitrificação
E DQOt (%)
E DQOf (%)
COA 7-10KgDQO.m-2.d-1
média
Mínimo
máximo
8,38
7,13
9,85
76,61
69,00
82,12
54,58
33,33
86,60
52,61
16,42
82,01
COA 10-15KgDQO.m-2.d-1
média
mínimo máximo
12,24
10,76
14,72
60,32
51,72
72,94
56,21
47,19
68,42
58,62
43,01
79,37
E N-NH4 (%)
E NTK (%)
98,78
95,53
94,75
92,48
100,00
98,33
93,48
92,53
89,79
88,09
96,91
96,21
Durante o trabalho a eficiência na redução das concentrações em ST dentro do CBR e reator
associado, foi em média de 47% sendo que na melhor situação ocorreu um máximo de 89%, e
na pior foi de 16%.
CONCLUSÕES: A carga orgânica aplicada tem forte influencia no sistema de nitrificação do
CBR, o que indica que um bom tratamento na redução de carga carbonácea obtido por meio
anaeróbio facilita a transformação das formas de nitrogênio.
O sistema CBR se mostrou capaz de remover a carga amoniacal em 98% e uma vez associado
ao reator de biomassa fixa conseguiu uma eficiência na remoção de 76% do nitrogênio
oxidado. No entanto as concentrações na descarga estão acima dos padrões limites de emissão
da legislação ambiental, o que sugere mais estudos e novas tentativas de operação do sistema
proposto.
O equipamento estudado pode ser uma alternativa para o tratamento de águas residuárias de
suinocultura devido a suas vantagens tipo economia de energia, redução de áreas necessárias,
boa estabilidade perante choque de cargas, e baixo custo operacional em relação a outros
sistemas convencionais.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
APHA, AWWA, WPCF. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 19
ed. Washington, DC. 1995.
BELLI FILHO, P; MARTIN, G. Processo para redução dos odores em fossas de
armazenamento para dejetos de suínos. In: 19o Congresso Brasileiro de Engenharia
Sanitária e Ambiental. Anais. 1995. 1998.
METCALF & EDDY INC. Wastewater Engineering Treatment, Disposal, Reuse. 3.ed.
McGraw-Hill, New York, 1991.
RAMALHO, R.S. Introduction to Wastewater Treatment Process. 20ed. 1983. 580p.
REDDY, MOVVA. Biological and Chemical Systems for Nutrient Removal. A Special
Publication. WEF, Alexandria-USA 1998. 399p.
SANTIAGO, V.M.J, COELHO, E. B.A.P, ZANETE, C. L., Almeida, J.H.C. Nitrificação em
biodisco. In: 19o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Anais. 1995,
1998.
SEGATTO, E., MONTEGGIA, L.O. Tratamento de efluente de curtume de acabamento por
reator acidogênico seguido por contactores biológicos rotatórios. In: 270 Congresso
Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental. Anais. 2000, Porto Alegre-Brasil.