Estudo da minimização da produção de lodo em sistemas de lodos ativados para esgotos sanitários

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2015.A produção de lodo em sistemas de lodos ativados é um grande desafio na gestão de estações de tratamento de esgotos (ETE), tanto pela crescente população servida por sistemas de coleta e tratamento de efluentes, quanto pelas regulamentações ambientais mais restritivas com relação à sua disposição final. Nesse sentido, a exploração e o desenvolvimento de processos que promovam a redução da produção deste resíduo têm sido muito incentivados. Citam-se, por exemplo, os processos baseados em teorias como a lise celular/crescimento críptico, o metabolismo desacoplado e o decaimento endógeno. O presente estudo teve como objetivo identificar os processos mais promissores para redução da produção de lodo em sistemas de lodos ativados, baseado na sua eficiência e interferência no tratamento do efluente (em escala bancada), estudando seus mecanismos de ação e verificando as potenciais condições de otimização do processo (em escala real). Os resultados obtidos em escala de bancada na UFSC, referentes à aplicação de métodos físico-químicos e biológicos, revelaram que algumas técnicas já consolidadas mundialmente como a cloração e a desintegração ultrassônica apresentam eficiência satisfatória, com redução de 25 a 55% da produção de lodo. No entanto, provocam alterações na qualidade do lodo, como a proliferação de organismos filamentosos, diminuindo o desempenho do tratamento. O processo oxic-settling-anaerobic (OSA) (transição entre condições aeróbias/anaeróbias do lodo) foi a alternativa mais eficiente, com redução do lodo excedente entre 50 a 60%, apresentando inclusive melhoras na qualidade do efluente, com eficiências superiores a 90% para DBO e um aumento de 50% na remoção de amônia quando comparado ao sistema controle. O monitoramento de uma estação de tratamento de esgotos em escala real, utilizando um reator anaeróbio (sistema tipo OSA), em paralelo ao processo de lodos ativados, para a redução de lodo excedente, permitiu verificar o rendimento do processo, bem como possibilitou identificar parâmetros chaves para se alcançar a redução de lodo, dentre os quais estão a taxa de recirculação do lodo (recomendada como sendo de 10%) e a idade do lodo global do sistema. Os resultados indicaram que a redução da produção de lodo varia entre 10 a 30%, e pode estar associada à desaceleração da cinética de crescimento da biomassa, juntamente com a solubilização dos compostos orgânicos em condições anaeróbias, enquanto o decaimento e a lise celular ocorrem principalmente em condições aeróbias. A alternância entre condições aeróbias/anaeróbias pode ser considerada o ponto chave para a redução de lodo nos sistemas do tipo OSA.Abstract : The amount of excess sludge production in activated sludge system is one of the most critical challenges in the field of sewage treatment. Considering this amount is set to rise, once the preservation of water sources and the more stringent effluent regulations have increased the population connected to the sewage treatment network. Thus, various approaches to reduce the production of excess sludge in the wastewater treatment plants (WWTP), such as lyses/cryptic growth, uncoupled metabolism and endogenous decay, have been encouraged. This study aimed (1) identify the more promising sludge reduction process based on its capacity to maintain the effluent quality and the sludge properties (bench scale experiment); (2) study the reduction mechanisms and verify the potential operational conditions that could optimize the sludge reduction process (real scale experiment). The bench scale experiment showed that the physical-chemical sludge reduction alternatives, such as chlorination and ultrasonic disintegration, whilst presented good sludge reduction (reduction of 25 to 55% on sludge production), these processes triggered changes on sludge quality resulting in a decline on treatment performance. OSA (oxic-settling-anaerobic) process was the most efficient sludge reduction alternative, with 50 ? 60% of sludge reduction, and the process also presented an improvement on effluent quality, BOD removal efficiencies remained over 90% and increase 50% of the nutrient removal efficiencies compared to control system. The real scale experiment monitored a modified activated sludge system based on OSA-like process. The process presented a sludge reduction of 10 ? 30%, which could be attributed to a decrease on biomass growth kinetics in association with organic matter solubilisation under anaerobic conditions. The sludge decay and cellular lyses occurred mainly under aerobic conditions. The transition from anaerobiosis to aerobiosis appeared one of the key points of sludge reduction in the OSA-like process and the repeated alternation between aerobic and anaerobic conditions could reduce the overall biomass even if the cryptic-growth is included