Projeto de otimização de sistemas anaeróbios para tratamento de esgoto em escala unifamiliar / Design optimization of a simple single family anaerobic sewage treatment system

RESUMO O objetivo do presente trabalho é propor uma nova configuração de reatores Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) para utilização no tratamento unifamiliar, sendo menores e mais eficientes do que o tradicional tanque séptico. O sistema experimental foi projetado em escala piloto, constituindo-se de oito reatores UASB de 250 L cada. Seis dessas unidades são modificadas, mas mantêm o conceito e os princípios dos reatores UASB convencionais; no entanto, foram projetados com geometria diferenciada, alternando-se as zonas de sedimentação e digestão. Comparativamente a esses reatores, foram operados um reator UASB-Y e um UASB convencional. Todos os reatores foram capazes de digerir esgoto bruto de forma eficiente em tempos de detenção hidráulica de 12 e 6 horas. Foram obtidas eficiências de remoção do material orgânico de 67 a 74%. A análise de variância (ANOVA) mostrou que não houve diferença significativa entre as eficiências obtidas nos diferentes reatores. Uma elevada concentração de lodo foi retida na zona de digestão, obtendo-se, assim, elevada capacidade de tratamento. Os ensaios de sedimentação mostraram que as constantes de sedimentação obtidas para o lodo do reator são melhores que as obtidas para o lodo expulso juntamente com o efluente. Em contrapartida, as atividades metanogênicas dos lodos do reator e expulso não diferem significativamente.

ABSTRACT The aim of this work is to propose a new configuration UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) for use in single-family treatment, which is smaller and more efficient than the traditional septic tank (TS). The experimental system was designed on a pilot scale, consisting of eight reactors UASB 250 L each. Six of these units are modified, but keep the concept and principles of conventional UASB reactors; they were, however, designed with different geometry, alternating zones of sedimentation and digestion. Compared to these reactors, an UASB reactor-Y and a conventional UASB were operated. All reactors were able to digest raw sewage efficiently in hydraulic retention times (HRT) of 24:06 hours. Organic material removal efficiencies of 67-74% were obtained. Analysis of variance (ANOVA) showed no significant difference between the efficiencies obtained in the different reactors. A high sludge concentration was retained in the digestion zone, thus yielding, high capacity treatment. Sedimentation tests have shown that the constants obtained for the sedimentation sludge reactor are better than those obtained for the sludge which is expelled with the effluent. In contrast, sludge methanogenic activity of the reactor and expelled sludge is not significantly different.

Influência da concentração de lodo sobre o consumo de energia para aeração em sistemas de lodo ativado / Influence of the sludge concentration on the energy consumption for aeration in activated sludge systems

RESUMO Este trabalho teve como objetivo avaliar quantitativamente a influência da concentração de lodo sobre os fatores que afetam a capacidade de aeração em sistemas de lodo ativado. A investigação experimental foi desenvolvida aplicando a técnica da respirometria, que possibilitou a determinação da taxa de consumo de oxigênio e das variáveis que afetam a transferência de oxigênio. Os resultados experimentais indicam que a concentração de lodo afeta de maneira significativa a capacidade de aeração em sistemas de lodo ativado e, consequentemente, aumenta consideravelmente o consumo de energia. A viabilidade econômica de sistemas que permitem aumento da concentração de lodo, como reatores biológicos com membranas e reatores biológicos com leito móvel, é questionável quando se comparam os custos de implementação com os benefícios resultantes.

ABSTRACT The objective of this research was to evaluate quantitatively the influence of sludge concentration on the factors affecting the aeration capacity in activated sludge systems. The experimental investigation involved the application of respirometry, by which the oxygen consumption rate was determined and allowed evaluation of the effect of concentration on the variables that affect oxygen transfer. The experimental results indicated that the sludge concentration has a strong effect on aeration capacity and consequently on the energy consumption. The economic feasibility of systems that allow operation at high concentration, like membrane bioreactor and moving bed biofilm reactor, is questionable when the costs of implementation are compared to the resulting benefits.