Concepção e avaliação do desempenho de um reator anaeróbio de manta de lodo dotado de agitador mecânico e decantador de alta taxa tratando esgoto sanitário

The UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor, developed by Prof. Gatze Lettinga and his colleagues in the Netherlands more than thirty years ago, is successfully employed in many sewage treatment plants in countries with tropical and subtropical climate. However, are still reported serious operational issues related to the three-phase separators and problematic aspects involving the complexity of its influent distribution system. The focus of this research was to simplify the introduction and dispersion of the sewage in the reactor as well as enhancing the sludge retention, by replacing the characteristic piping system for a mechanical mixing apparatus and substituting the (conventional) three-phase separators by a high-rate settler, respectively. In essence, it was proposed a system partitioned into two distinct regions: one for reaction (i.e. anaerobic digestion of organic matter), in which the sludge blanket was mechanically mixed through the action of a rotating impeller, and another for the removal of suspended solids by the use of a lamella plate clarifier; a sludge recirculation system was also implanted, to pump the settled biomass back to the digestion compartment. The research was subdivided into three main phases: in the first two phases, bench-scale experiments were performed in order to obtain basic data for the design of the mechanical mixing and sedimentation devices, while the third phase consisted of the application of these technologies in a pilot-scale system with total volume of 20.8 m3 (comprised of a 17.0 m3 digestion chamber and a 3.8 m3 compartment for solids removal), as well as its performance assessment. During the development of the research, domestic sewage was applied to feed the experimental system, which was located at the School of Engineering of São Carlos (Campus I) in São Carlos (São Paulo State, Brazil). Throughout the period of effective operation, which lasted 130 days, four distinct operating modes were tested (characterized by intermittent mixing and varying hydraulic loading rates, ranging between 27.6 and 66.5 m3.d-1) and the system reached maximum removal efficiencies of BOD, COD and TSS at rates of 82%, 72% and 83%, respectively. The high-rate settler presented an impressive efficiency removing suspended solids (rates up to 98%). The research showed that the new \"Anaerobic Activated Sludge Blanket\" system (A2SB) can provide satisfactory performance even operating without the three-phase separator and influent distribution system.O reator UASB, desenvolvido pelo Prof. Gatze Lettinga e colaboradores na Holanda há mais de trinta anos, é utilizado com sucesso em muitas estações de tratamento de esgoto sanitário em países de clima tropical e subtropical. Entretanto, ainda são relatadas sérias questões operacionais relacionadas aos separadores trifásicos e aspectos problemáticos envolvendo a complexidade de seu sistema de distribuição do esgoto afluente. O foco da presente pesquisa foi o de simplificar a distribuição e dispersão do esgoto no reator, assim como aprimorar a retenção de lodo, mediante substituição do sistema convencional de tubos por misturador mecânico e do (tradicional) separador trifásico por decantador de alta taxa, respectivamente. Em essência, propôs-se reator dividido em duas regiões distintas: uma para reação (i.e. digestão anaeróbia da matéria orgânica), na qual a manta de lodo foi agitada mecanicamente através do movimento rotacional de um impelidor, e outra, para remoção de sólidos suspensos mediante uso de decantador com placas paralelas; um sistema de recirculação do lodo também foi implantado, para bombear a biomassa sedimentada até o compartimento de digestão. A pesquisa foi subdividida em três fases: nas duas primeiras, experimentos em escala de bancada foram realizados visando obtenção de dados básicos para dimensionamento dos sistemas de agitação e de decantação, enquanto que a terceira fase consistiu na aplicação dessas tecnologias em sistema de tratamento, em escala piloto, com volume útil total de 20,8 m3 (composto por uma câmara de digestão de 17,0 m3 e um compartimento de 3,8 m3 para remoção de sólidos), assim como na análise de seu desempenho. Durante a pesquisa, esgoto sanitário foi utilizado para alimentar o sistema experimental, instalado na Escola de Engenharia de São Carlos. Ao longo do período de operação, que durou 130 dias, quatro condições operacionais foram testadas (caracterizadas pela agitação intermitente e diferentes taxas de carregamento hidráulico, que variaram entre 27,6 e 66,5 m3.d-1) e o sistema alcançou eficiências de remoção máxima para DBO, DQO e SST de 82%, 72% e 83%, respectivamente. O decantador de alta taxa apresentou surpreendente eficiência de remoção de sólidos suspensos (taxas de até 98%). A pesquisa demonstrou que o novo sistema A2SB (Anaerobic Activated Sludge Blanket) pode apresentar desempenhos satisfatórios, mesmo operando sem separador trifásico e sistema de distribuição do esgoto afluente