Reator termofílico acidogênico/sulfetogênico seguido de reator metanogênico para tratamento de água residuária rica em sulfato

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Garcia, Carolina Gil
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Methane production; Phase separation; Produção de metano; Separação de fases; Sulfeto; Sulfetogênese em fase ácida; Sulfide; Sulfidogenese in acid phase
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-18032019-150049/

O tratamento de água residuária rica em sulfato por via de processo anaeróbio é um grande desafio, devido ao potencial de redução do sulfato pela via biológica a sulfeto, o que pode inviabilizar o aproveitamento do biogás e afetar o tratamento por seus efeitos tóxicos e inibitórios. Neste contexto, o presente trabalho investigou a potencial aplicação da separação de fase para minimizar tais problemas de operação. A operação de reator de primeira fase visa estabelecer um ambiente sulfetogênico sob condições acidogênicas. Os efeitos da pré-acidificação da água residuária sobre a produção de metano foram avaliados por meio do monitoramento de dois reatores metanogênicos, um sistema de fase única alimentado com água residuária rica em sulfato e um sistema de duas fases alimentado com água residuária acidificada. Em todos os casos foram utilizados reatores anaeróbios de leito estruturado, aplicada condições termofílica de temperatura (55°C). Para o sistema de primeira fase, dois reatores com diferentes materiais foram comparados: reator com cilindros de polietileno de baixa densidade (RAS-PEBD) com cinco etapas de operação (13 subetapas) e outro reator com cubos de espuma de poliuretano (RAS-PU) com quatro etapas de operação. As principais estratégias operacionais para otimização da redução do sulfato a variação do tempo de detenção hidráulica (TDH: 6-15 h RAS-PEBD; 12 - 16 h RAS-PU ), carga orgânica volumétrica (COVafl: 10 - 20,0 kg-DQO m-3 d-1 - RAS-PEBD; 15 - 20 kg-DQO m-3 d-1 - RAS-PU), carga de sulfato volumétrica (CSV: 3,2-16,0 kg-SO4 m-3 d-1 - RAS-PEBD; 4 - 8 kg-SO4 m-3 d-1 - RAS-PU) e velocidade ascensional (Va: 0,06 3,35 m h-1 - RAS-PEBD; 3,42 7,9 m h-1 - RAS-PU). Após longo período de adaptação da biomassa no RAS-PEBD, verificou-se o aumento da eficiência e stripping do sulfeto. A recirculação controlada do efluente foi um fator chave para melhoria do sistema. O mesmo não foi obtido em RAS-PU, apresentando perda de desempenho devido a problemas de colmatação e subsequente aparecimento de vias preferenciais. O efluente do reator de primeira fase com carga de sulfato residual menor que 7% (COVefl de 15,12 kg-DQO m-3d-1 e sulfeto de 256 mg L-1, subetapa X) foi aplicado em reator metanogênico de segunda fase (RMI). Considerando a comparação entre os sistemas metanogênicos, fixou-se uma carga orgânica (CO) inicial de 2,5 g-DQO d-1, sendo aumentada até 5 g d-1. A partida do reator de fase única apresentou limitações, requerendo aplicação de baixos valores de CO, o que demandou 140 dias até a estabilização para a carga de 5 g-DQO d-1. Por sua vez, o sistema com duas fases necessitou de 102 dias e apresentou maior geração de metano (RMI 1,95 L-CH4 d-1 e RMII 1,76 L-CH4 d-1). A separação de fases permitiu a geração de efluente acidificado com menores concentrações de sulfato residual, resultando em maior produção de metano e reduzida concentração de sulfeto no biogás no sistema de duas fases, quando comparado ao sistema de fase única.