Efeito de cargas orgânicas crescentes no tratamento de água cinza de pia de cozinha por reatores anaeróbios acidogênico metanogênico

Abstract

O saneamento básico é essencial para a qualidade de vida e prevenção de doenças. No entanto, muitos brasileiros ainda não têm acesso a coleta e tratamento de esgoto e, por isso, a meta de aumentar este atendimento para 90% da população até 2033 foi estabelecida pelo Marco Legal do Saneamento. Os sistemas anaeróbios desempenham um papel muito importante, pois são economicamente mais interessantes para o tratamento de esgotos. Porém, estes sistemas necessitam de outras unidades operacionais complementares para atingir os padrões de lançamento de esgotos em corpos hídricos superficiais. O objetivo deste trabalho foi avaliar o tratamento anaeróbio em reator acidogênico seguido por metanogênico da água cinza oriunda da lavagem de louças usando detergente biodegradável. O trabalho foi dividido em três etapas principais: montagem do aparato experimental, ensaios hidrodinâmicos e operação do sistema. Foram usados dois reatores em acrílico, um para representar o reator acidogênico com enchimento de espuma de poliuretano e um para representar o reator metanogênico com enchimento de espuma de polietileno. A água residuária cinza de lavagem de louça foi utilizada como afluente. O ensaio hidrodinâmico utilizou cloreto de sódio como material traçador, com análise da condutividade para avaliar a dispersão no sistema e ensaio com estímulo tipo degrau. Os reatores foram operados em diferentes fases, variando a carga orgânica volumétrica. O pH foi controlado, principalmente no reator metanogênico, e estratégias de correção incluíram o uso de bicarbonato de sódio e calcário. Durante a operação, ocorreu uma variação na temperatura ambiente. As análises realizadas incluíram parâmetros como pH, turbidez, condutividade elétrica, demanda química de oxigênio, fósforo, nitrogênio, sólidos, alcalinidade e acidez volátil. As análises estatísticas foram aplicadas em alguns parâmetros para avaliar possíveis diferenças significativas. A relação entre a demanda química de oxigênio e a demanda biológica de oxigênio (DQO/DBO) da água residuária de 4,58 (DP=1,71) indicou baixa biodegradabilidade, mas a relação entre sólidos dissolvidos totais e sólidos totais (SDT/ST) de 0,61 (DP=0,17) com potencial para tratamento biológico. A análise hidrodinâmica mostrou volume morto menor no reator metanogênico (404,7 mL), comparado ao reator acidogênico (1027,5 mL). Durante a variação de carga orgânica o sistema mostrou bom comportamento nas fases iniciais, apresentando remoção média de DQO de 81,46% (DP=5,82%) na fase 1 e 2 e de 93,37% (DP=1,40%) na fase 3. Mas chegou ao colapso devido a uma drástica e brusca mudança na carga orgânica que aumento de 4,04 para 18,87 KgDQO/dia, um aumento de 4,7 vezes. Mas apesar do colapso o sistema mostrou bons indicativos de que conseguiria se recuperar gradualmente, mostrando eficiência de remoção de DQO de 69,73% (DP=16,29%) na última fase de operação. Os resultados encontrados enfatizam a necessidade de considerar a origem e composição da água residuária cinza. Por fim este estudo contribuiu para compreender o desempenho do sistema de duas fases em condições ambientais diversas.

Basic sanitation is essential for quality of life and disease prevention. However, many Brazilians still lack access to sewage collection and treatment, prompting the establishment of a goal to increase this coverage to 90% of the population by 2033, as outlined in the Legal Framework for Sanitation. Anaerobic systems play a crucial role, being economically advantageous for sewage treatment. Nevertheless, these systems require additional operational units to meet sewage discharge standards into surface water bodies. This study aimed to evaluate anaerobic treatment in an acidogenic followed by methanogenic reactor for graywater from dishwashing using biodegradable detergent. The work was divided into three main stages: assembly of the experimental apparatus, hydrodynamic tests, and system operation. Two acrylic reactors were employed, one representing the acidogenic reactor with polyurethane foam filling and the other representing the methanogenic reactor with polyethylene foam filling. Graywater from dishwashing served as the influent. Hydrodynamic testing utilized sodium chloride as a tracer material, with conductivity analysis to assess system dispersion and step-change stimulus testing. The reactors operated in different phases with varying volumetric organic loads. pH was controlled, particularly in the methanogenic reactor, and correction strategies included the use of sodium bicarbonate and limestone. Throughout the operation, ambient temperature varied. Analyses encompassed parameters such as pH, turbidity, electrical conductivity, chemical oxygen demand, phosphorus, nitrogen, solids, alkalinity, and volatile acidity. Statistical analyses were applied to certain parameters to assess potential significant differences. The chemical oxygen demand to biochemical oxygen demand ratio (COD/BOD) of the wastewater, 4.58 (SD=1.71), indicated low biodegradability, while the ratio of total dissolved solids to total solids (TDS/TS) of 0.61 (SD=0.17) suggested potential for biological treatment. Hydrodynamic analysis revealed a smaller dead volume in the methanogenic reactor (404.7 mL) compared to the acidogenic reactor (1027.5 mL). During organic load variations, the system exhibited good performance in the initial phases, showing an average COD removal of 81.46% (SD=5.82%) in phases 1 and 2, and 93.37% (SD=1.40%) in phase 3. However, it collapsed due to a drastic and abrupt increase in organic load, rising from 4.04 to 18.87 KgCOD/day, a 4.7-fold increase. Despite the collapse, the system demonstrated promising signs of gradual recovery, achieving a COD removal efficiency of 69.73% (SD=16.29%) in the last operational phase. The findings underscore the importance of considering the origin and composition of graywater. Ultimately, this study contributes to understanding the performance of the two-phase system under diverse environmental conditions.