NITRIFICAÇÃO EM BIODISCO
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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.
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