Tratamento anaeróbico de águas residuais (com diagrama)

Neste artigo, você aprenderá sobre o tratamento anaeróbico de águas residuais.

Águas residuais contendo compostos orgânicos biodegradáveis (dissolvidos e / ou suspensos) quando submetidos a tratamento anaeróbico, os compostos orgânicos sofrem várias reações bioquímicas. As reações são amplamente classificadas como hidrólise, acidogênese e metanogênese. As reações de hidrólise são enzimas extra-celulares catalisadas.

Essas reações convertem moléculas complexas maiores (solúveis e insolúveis) em moléculas mais simples e menores. Os polissacarídeos e proteínas são convertidos em monômeros. Esses produtos da hidrólise atuam como substratos para um grupo de anaeróbios, que os convertem em ácidos orgânicos.

Esses grupos de organismos são denominados acidógenos e o processo é chamado de acidogênese. As reações de acidogênese são inter-celulares. Durante estas reações, uma pequena quantidade de hidrogênio também é produzida. Os principais ácidos produzidos são acético, propiônico, butírico e uma pequena quantidade de valeric. As reações de hidrólise e acidogênese não causam muita redução de DBO / DQO.

Ácidos superiores (que não o ácido acético) produzidos são convertidos em acetato e H ₂ por organismos acitogênicos. Outro grupo de anaeróbios chamados metanogenes converte ácido acético em metano (CH ₄ ) e dióxido de carbono. Essas reações também são intracelulares. Alguns methanogenes combinam H ₂ e CO ₂ e produzem CH ₄ e água (H ₂ O). As reações envolvendo metanogênicos são denominadas metanogênese.

Algumas reações metanogênicas estão listadas abaixo:

A Figura 9.31 mostra todo o processo anaeróbico esquematicamente.

Alguns acidogenes são facultativos, enquanto os outros são anaeróbios (estritos) obrigatórios. Os acidógenos não são muito sensíveis ao pH e inibidores como metais pesados e sulfetos. Para os metanogênios, o pH ótimo varia de 6, 6 a 7, 6. Abaixo de um pH de 6, 2, os metanogênios tornam-se inativos (dormentes). Alguns dos inibidores do processo anaeróbico inorgânico estão listados na Tabela 9.12.

Para o tratamento anaeróbico de águas residuais, qualquer uma das seguintes unidades pode ser usada :

(a) Lagoa Facultativa,

(b) Lagoa anaeróbica,

c) fossa séptica,

d) Tanque Imhoff,

(e) Digestor anaeróbico / reator

A principal vantagem do processo de tratamento anaeróbio em relação ao processo aeróbico é que nenhuma energia é gasta para suprir ar (oxigênio). Além disso, o metano, que é produzido como um subproduto do processo anaeróbico, tem um valor econômico como combustível.

Sua outra vantagem é que o rendimento (síntese de novas células) é cerca de um quinto do rendimento do processo aeróbico, portanto a quantidade de lodo a ser manuseado e descartado seria menor. Sua desvantagem em comparação com o processo aeróbico é a sua taxa mais lenta.

Quando o tratamento anaeróbico é realizado em qualquer uma das unidades (a) a (d) listadas anteriormente, o metano produzido não é coletado, mas ventilado para a atmosfera juntamente com alguns gases desagradáveis que causam poluição atmosférica e incômodo local.

Lagoas facultativas ou lagoas anaeróbias podem ser usadas para tratamento de águas residuais se a carga hidráulica e a carga orgânica forem baixas e em locais onde a emissão de metano e gases com mau cheiro não sejam considerados perigosos. Tanque séptico ou Imhoff é usado geralmente para o tratamento de águas residuais domésticas, onde não existe um sistema de esgotos. O lodo produzido em cada uma dessas unidades [(a) a (d)] deve ser removido periodicamente.

Os digestores / reatores anaeróbicos são usados para tratamento de efluentes industriais de alto volume e alta resistência e também para estabilização de lodo primário e secundário. O gás produzido em tais unidades (principalmente uma mistura de CH ₄ e CO ₂ ) é usado como combustível.

Descrição, desempenho e abordagem de concepção das unidades de tratamento de águas residuais anaeróbias acima mencionadas são dadas abaixo.

Lagoa Facultativa :

O processo facultativo não é estritamente anaeróbico. Este processo é geralmente realizado em uma bacia de terra. O fundo de tal bacia deve ser revestido com uma camada impermeável de borracha / plástico / argila, a fim de evitar a infiltração de águas residuais. Alternativamente, o processo pode ser realizado em um tanque de concreto. Em uma bacia ou estratificação de tanque acontece.

A zona da superfície superior pode ter cerca de 30 a 60 cm de profundidade, onde ocorrem as reações aeróbicas. Nesta zona, a re-oxigenação das águas residuais ocorre devido à difusão molecular do oxigênio atmosférico. Pode haver algum crescimento de algas na superfície livre.

A segunda camada (abaixo da camada superior) da bacia / tanque é preenchida com organismos facultativos, que atuam aerobicamente perto do topo desta camada e anaerobicamente em direção à parte inferior dessa camada. A camada inferior não teria oxigênio dissolvido. Nesta camada, apenas reações anaeróbicas ocorrem. As lamas (biomassa) produzidas acumulam-se no chão da bacia / tanque.

A água residual fluida livre de matéria suspensa é introduzida perto do fundo e o efluente tratado flui através de uma saída localizada em um dos lados do tanque próximo à superfície.

Os produtos gasosos, como CH ₄, NH ₃, H ₂ S e CO ₂ formados na zona anaeróbica, movem-se para cima através das camadas facultativa e aeróbia e finalmente escapam para a atmosfera. Enquanto se move para cima, alguns deles podem ficar oxidados. Esses gases causam poluição atmosférica e incômodo. Assim, as lagoas facultativas não são normalmente usadas para tratamento de águas residuais industriais.

Os parâmetros de design e desempenho de uma lagoa facultativa estão listados abaixo:

Lagoa anaeróbica :

As lagoas anaeróbias são semelhantes às lagoas facultativas em construção, mas são muito mais profundas. Durante a operação, a graxa e algumas partículas sólidas podem flutuar até a superfície e formar uma camada de espuma. Esta camada impede a reoxigenação da zona de superfície.

Portanto, apenas uma camada superficial próxima à superfície conteria organismos facultativos, enquanto a porção restante da lagoa teria apenas anaeróbios. A zona próxima ao fundo conteria uma lama formada por partículas sólidas não relacionadas (se existirem no afluente) e massa bacteriana sintetizada durante o processo.

Água residual com DBO relativamente alta e alguns sólidos em suspensão é introduzida na camada de lama, geralmente no centro de uma lagoa. À medida que o líquido flui para cima, os orgânicos dissolvidos e suspensos sofrem degradação anaeróbica. O efluente tratado com algumas partículas sólidas em suspensão flui através de uma saída situada abaixo da camada de espuma em um dos lados da lagoa.

Os gases produzidos como resultado das reações anaeróbicas contendo CH ₄, CO ₂, H ₂ S, NH ₃, etc., escapam para a atmosfera através de algumas rachaduras na camada de espuma. Os arredores de uma lagoa anaeróbica são mais mal cheirosos do que em torno de uma lagoa facultativa.

Os parâmetros de projeto e desempenho de uma lagoa anaeróbica estão listados abaixo.

Tanque séptico:

As fossas sépticas são quase semelhantes aos digestores anaeróbicos. Estes são unstirred e não aquecidos. Ao contrário das lagoas anaeróbicas, estas são completamente fechadas. Os topos dos tanques sépticos são fechados e equipados com portas de acesso cobertas. Estes podem ser feitos de concreto / polietileno / fibra de vidro. Os tanques devem ser estruturalmente fortes e à prova d'água. Um tanque séptico pode ter uma única câmara ou duas câmaras interconectadas. A entrada do afluente é equipada com uma tela removível para impedir a entrada de partículas grandes.

A linha mergulha na piscina líquida dentro do tanque. As portas de acesso são usadas para inspeção, limpeza e ventilação dos produtos gasosos (CH ₄, CO ₂, etc.). Os sólidos suspensos presentes no afluente depositam-se no fundo do tanque. Os biodegradáveis dissolvidos e suspensos sofrem reações anaeróbicas. Graxa e algumas partículas sólidas flutuam e formam uma camada de espuma perto do topo do tanque, enquanto o lodo se acumula no fundo.

Em uma unidade de câmara única, a saída de líquido está localizada abaixo da camada de espuma. A saída é equipada com um sifão localizado na parte externa do tanque, o que impede a descarga de partículas sólidas suspensas e a entrada de ar. Numa unidade de duas câmaras, a saída da primeira câmara contendo uma quantidade relativamente pequena de sólidos suspensos entra na segunda câmara.

As partículas sólidas que entram junto com a biomassa produzida na segunda câmara assentam no fundo do tanque. Esta câmara também é provida de portas de acesso e uma saída de líquido equipada com um sifão. A partir de uma unidade de câmara única, bem como de uma unidade de duas câmaras, a espuma acumulada e o lodo sedimentado são removidos periodicamente. A Figura 9.32 mostra um esboço de um tanque séptico de duas câmaras.

O efluente que sai de um tanque séptico é finalmente descartado por meio de um campo de descarte, que consiste em uma série de trincheiras preenchidas com meios porosos. As partículas sólidas, se houver, são retidas no meio poroso, enquanto o líquido se infiltra no sub-solo. O líquido, enquanto residindo nas trincheiras sofre reações aeróbicas, em certa medida. Foi mencionado anteriormente que as fossas sépticas não são normalmente usadas para o tratamento de águas residuais industriais.

Tanque Imhoff :

Um tanque Imhoff é um sistema de dois níveis. Existem duas câmaras, uma acima da outra. Ambos estão abertos no topo. Eles são retangulares no topo e afinam em direção ao fundo. O tanque superior atua como uma câmara de sedimentação, enquanto o tanque inferior atua como uma câmara de digestão anaeróbica.

Um lábio saliente localizado na parte inferior da câmara superior evita que gases e partículas de gás produzidas na câmara inferior entrem na câmara superior. Um esboço de um tanque de Imhoff é mostrado na Fig. 9.33.

O influente é introduzido em uma extremidade da câmara superior e o efluente da mesma flui através de uma abertura localizada na outra extremidade dessa câmara. As águas residuais enquanto fluem ao longo do comprimento da câmara superior são reoxigenadas à medida que esta câmara é aberta para a atmosfera no topo. Nesta câmara, os substratos dissolvidos sofrem reações aeróbicas.

As partículas sólidas suspensas, que entram na câmara superior junto com o afluente, depositam-se através de sua abertura inferior na câmara inferior. Na câmara inferior, os sólidos depositados sofrem reações anaeróbicas.

Os gases produzidos na câmara inferior escapam para a atmosfera através do espaço entre as câmaras superior e inferior no topo. Algumas partículas sólidas mais leves e algumas partículas sólidas com boias de gás formam uma camada de espuma no espaço entre as câmaras superior e inferior no topo.

A camada de espuma retarda a entrada de oxigênio e, portanto, mantém uma condição quase anaeróbica na câmara inferior. O lodo acumulado é removido periodicamente da câmara inferior através de um tubo de extração de lodo, seja mecanicamente ou ajudando na diferença de carga hidráulica.

O efluente líquido relativamente claro da câmara superior pode ser disposto através de um campo de eliminação semelhante ao de uma fossa séptica. Um tanque Imhoff não é um equipamento adequado para o tratamento de efluentes industriais. Pode ser usado em vez de um tanque séptico quando um influente contém uma quantidade relativamente maior de sólidos suspensos.

Digestor Anaeróbico / Reator:

A diferença básica entre um digestor / reator anaeróbico e as unidades anaeróbicas descritas anteriormente é que um digestor / reator é uma câmara hermética completamente fechada, enquanto os outros estão abertos no topo ou não estão bem fechados. Em um digestor / reator, o gás produzido é coletado e é geralmente usado como combustível. Os digestores / reatores anaeróbicos são classificados e subclassificados como mostrado abaixo, dependendo de seus componentes internos, padrão de fluxo, etc.

I. Unidade de Crescimento Suspenso:

(A) Digestores anaeróbios

(i) estágio único - taxa padrão

(ii) duas etapas - alta taxa

(B) Reator de manta de lodo de fluxo ascendente

II. Unidades de Crescimento Anexadas:

(A) Filtros

i) Unidades com embalagens convencionais

(ii) Unidades com embalagem estruturada

(B) Cama Expandida

Esboços de algumas dessas unidades são mostrados na Fig. 9.34.

Descrição das unidades acima mencionadas são as seguintes:

Unidades de Crescimento Suspensas:

Nessas unidades, a biomassa (micróbios) produzida durante a operação, bem como quaisquer partículas sólidas (biodegradáveis e / ou inertes) que entram nas unidades juntamente com o afluente permaneceriam em suspensão. Os orgânicos biodegradáveis dissolvidos e suspensos sofrem reação anaeróbica.

Como resultado dessas reações, um gás contendo principalmente CH ₄ e CO ₂ é produzido e algumas biomassas (micróbios) são sintetizadas, conseqüentemente o DBO da corrente afluente é reduzido. O efluente tratado deixa essa unidade juntamente com algumas partículas suspensas.

Os digestores anaeróbicos são usados para tratamento de efluentes industriais contendo biodegradáveis dissolvidos e suspensos. Estes digestores também são usados para tratamento de lodo de colonos primários / colonos secundários. Estes são referidos como estabilizadores de lamas onde a degradação anaeróbica da porção biodegradável de uma lama ocorre e alguma quantidade de gás é produzida.

Esses digestores são feitos de aço ou concreto. Um digestor tem um fundo cônico, um corpo cilíndrico e um topo em forma de cúpula. Um gás (conhecido como biogás) produzido devido a reações anaeróbicas coleta entre a cúpula (telhado) do digestor e a superfície da lama de onde é transferida para um tanque de armazenamento.

A. Digestor Anaeróbico de Estágio Único,

B. Reator anaeróbio de manta de lodo de fluxo ascendente,

C. Reator Anaeróbio de Leito Empacotado de Crescimento Anexado,

D. Reator Anaeróbio de leito expandido / leito fluidizado de fluxo ascendente.

A cúpula pode ser parte integrante do digestor, que é fixada ao corpo do digestor, ou pode estar flutuando. Uma cúpula flutuante desliza para cima à medida que mais e mais gás é produzido e se acumula e desliza para baixo à medida que o gás acumulado é retirado. O espaço entre uma cúpula flutuante e um digestor é feito à prova de vazamentos para evitar o vazamento do gás acumulado.

Uma unidade de estágio único é algumas vezes chamada de unidade convencional ou unidade padrão. Seu conteúdo não é agitado e normalmente não é aquecido. Como não é agitado, ocorre estratificação. Na parte inferior (na parte cônica), o lodo digerido se acumula. A zona acima é a zona de digestão, onde a maior parte da massa bacteriana permanece em suspensão. Nesta zona a maioria das reações ocorre. O influente é introduzido nesta zona.

A zona acima da zona de digestão contém relativamente menos quantidade de sólidos suspensos. Formar esta zona o efluente tratado é retirado. Partículas sólidas mais leves e partículas sólidas com boias de gás flutuam e se acumulam perto da interface gás-líquido acima da camada líquida do sobrenadante. Essas partículas formam uma camada de espuma.

Gás produzido na zona de lodo digerido e a zona de digestão flui para cima através da camada de líquido sobrenadante e da camada de escória e, finalmente, se acumula abaixo da cúpula. As bolhas de gás enquanto se move para cima através das diferentes camadas causam ligeira agitação e circulação. O lodo acumulado na zona de lodo é removido periodicamente, seja com a ajuda de uma bomba ou com a ajuda da diferença da cabeça hidráulica. A Figura 9.35 mostra um esboço de uma unidade de estágio único.

Deve-se salientar aqui que, devido à estratificação, a não uniformidade em termos de concentração das populações orgânicas e bacterianas suspensas e dissolvidas existiria em tais digestores. Devido a esta não-uniformidade, a eficiência global dos digestores de fase única não agitados seria baixa.

Assim, a fim de alcançar um grau desejado de redução de DBO / DQO em tal unidade, o tempo de residência mais longo (TRH) tem de ser fornecido. O tempo de permanência necessário dependerá da natureza do substrato a ser tratado e da temperatura de operação.

Uma unidade de dois estágios é referida como um digestor de alta taxa. Consiste em duas câmaras conectadas em série. Na primeira câmara é introduzida uma corrente de águas residuais / lamas. O conteúdo da primeira câmara é cuidadosamente misturado e mantido a uma temperatura superior à temperatura ambiente. A mistura é feita por circulação de gás ou por recirculação de polpa ou por agitação mecânica.

Um dispositivo de aquecimento (trocador de calor) pode estar localizado fora do digestor ou dentro dele. As principais reações que ocorrem na primeira câmara seriam hidrólise e acidogênese. Até certo ponto, a metanogênese também ocorreria. Por causa da temperatura mais alta e do conteúdo do digestor bem misturado, as reações continuariam a uma taxa mais alta.

Da primeira câmara, a lama transbordaria para a segunda câmara, que geralmente não é agitada. Na segunda câmara, outras reações ocorreriam. Esta câmara também age como um colono. O gás produzido na primeira câmara e o da segunda câmara são alimentados em um recipiente de armazenamento. A lama sedimentada na primeira câmara é normalmente descartada, enquanto a da segunda câmara pode ser totalmente descartada ou parcialmente reciclada para a primeira câmara para manter uma maior concentração de micróbios nela.

As câmaras são semelhantes em forma ao de uma unidade de estágio único. Um esboço de uma unidade de dois estágios é mostrado na Fig. 9.36.

Reator anaeróbico de fluxo de manta de fluxo ascendente:

O outro dispositivo pertencente às unidades de tipo de crescimento suspenso é o reator de manta de lodo anaeróbico de fluxo ascendente (UASB, Up-flow Anaerobic Sludge Blanket). Tais reatores são um tanto similares em construção aos digestores anaeróbicos de estágio único. No entanto, estes são adequados para o tratamento de águas residuais contendo principalmente compostos orgânicos biodegradáveis dissolvidos.

O influente é introduzido próximo à base do cone desse reator, que flui para cima através de uma manta de lodo. A manta de lodo é composta de massa bacteriana produzida como resultado das reações anaeróbicas. O gás produzido sobe e pode transportar algumas partículas sólidas.

As partículas sólidas formam uma camada na interface líquido-gás. O gás é coletado sob a cúpula e acima da camada de partículas sólidas. O efluente tratado juntamente com algumas partículas suspensas escoam para um decantador através de uma saída localizada perto da camada das partículas sólidas acumuladas. Algum lodo se instala na seção cônica do reator e é removido de tempos em tempos. O lodo do reator e o lodo de decantador são descartados.

Unidades de Crescimento Anexadas:

Água residual de alta resistência contendo principalmente orgânicos biodegradáveis dissolvidos é melhor tratada em unidades anaeróbicas do tipo de crescimento acopladas. Em tais unidades, os micróbios produzidos durante o processo ficam presos às superfícies dos internos do reator. Os internos podem ser embalagens estruturadas ou convencionais. Influentes contendo muito de partículas suspensas provavelmente sufocam tais reatores.

Em alguns reatores são usados grânulos em vez de embalagens maiores. Os grânulos são revestidos com biomassa e atuam como locais ativos para reações anaeróbicas. A classificação dos reatores de crescimento anexados foi listada na Seção 9.10.6 e as descritas abaixo.

Reator de Filtro Anaeróbico:

Um reator de filtro anaeróbico é basicamente um leito empacotado. É uma coluna cilíndrica equipada com um suporte de empacotamento próximo ao seu fundo. Abaixo do suporte de embalagem, a coluna possui uma seção cônica onde o lodo é coletado. O suporte de embalagem pode ser uma folha perfurada ou uma grade tendo aberturas menores que as embalagens.

As embalagens podem ser cascalhos ou embalagens formadas (anéis Raschig, Berl Saddle, etc.) feitas de cerâmica ou plástico. Embalagem de plástico estruturada também é usada. Os micróbios produzidos durante o processo ficam presos às embalagens e alguns permanecem suspensos. Em um reator de fluxo ascendente, a água residual entra logo abaixo do suporte da embalagem e flui através do espaço vazio entre as embalagens. As águas residuais que fluem para cima entram em contato com as embalagens revestidas de micróbios, bem como com os micróbios suspensos, e sofrem reações anaeróbicas.

O efluente tratado de tal reator flui através de uma saída localizada abaixo do espaço de gás carregando alguma biomassa suspensa. É alimentado em um colono do qual o efluente clarificado transborda. Uma parte do lodo sedimentado do colono pode ser reciclado para o reator, o resto é descartado. O lodo do reator é descartado.

O gás produzido como resultado de reações anaeróbicas borbulha para cima e coleta no espaço de gás acima do nível do líquido de onde é retirado.

Reatores cheios de embalagens estruturadas são preferidos em relação aos embalados aleatoriamente, porque os pacotes estruturados fornecem uma superfície mais específica e um espaço vazio maior. Um reator com embalagens estruturadas é menos provável de ser engasgado.

Um reator de filtro anaeróbico pode ser operado no modo de fluxo descendente. Do ponto de vista da construção, é semelhante a uma unidade de fluxo ascendente. Em uma unidade de fluxo descendente, o afluente é introduzido logo abaixo do espaço do gás e o efluente tratado é retirado do fundo. Transporta mais material em suspensão (biomassa). Portanto, o efluente de tal reator deve ser instalado em um coletor adequadamente projetado antes de sua descarga final.

Leito Expandido e Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado :

Nestes reatores partículas granulares grosseiras atuam como núcleo para o crescimento da biomassa. Estes são semelhantes aos filtros anaeróbios em construção. A placa de suporte de partículas encaixada na coluna deve ter aberturas menores para que as partículas não caiam através delas e ao mesmo tempo a queda de pressão através da placa de suporte não seja excessiva.

O afluente é introduzido nesses reatores abaixo da placa de suporte e flui para cima através do leito de partículas. Dependendo da velocidade superficial das águas residuais que fluem para cima, as partículas podem estar apoiadas na placa de suporte e em contacto umas com as outras ou apenas tocando-se ou em suspensão. Quando as partículas se tocam, diz-se que a cama é expandida. À medida que a velocidade superficial é aumentada, as partículas ficam suspensas e o leito é dito fluidizado.

Sob condições de leito expandido e leito fluidizado, as superfícies totais das partículas cobertas de biomassa são expostas ao fluxo de águas residuais e os orgânicos dissolvidos experimentam mais interação com a biomassa. Devido ao tamanho menor das partículas (em comparação com os leitos embalados), a área superficial específica é maior.

Além disso, devido à maior velocidade superficial em leitos expandidos e fluidizados, a taxa de transferência de poluentes do volume da fase líquida para as superfícies das partículas seria alta. Consequentemente, a taxa das reações anaeróbicas seria mais rápida. No entanto, a fim de manter a maior velocidade superficial necessária, muitas vezes é necessário reciclar uma parte do efluente tratado junto com o afluente.

O gás produzido durante o processo borbulha para cima através do leito e acumula-se no espaço de gás acima do nível do líquido. O efluente tratado contendo alguma biomassa suspensa flui através de uma saída localizada abaixo da interface gás-líquido. É estabelecido em um colono antes de sua descarga final.

Algumas partículas de biomassa passariam pelas aberturas da placa de suporte e coletariam na seção inferior cônica da coluna de onde as partículas coletadas são removidas de tempos em tempos.

Pode-se mencionar aqui que os reatores de leito expandido e de leito fluidizado ainda precisam encontrar amplas aplicações industriais.

Abordagem de Projeto do Digestor Anaeróbico:

Um digestor anaeróbico de dois estágios pode ser operado com reciclagem de lodo ou sem reciclagem de lodo. A Figura 9.36 mostra um esboço de um digestor de dois estágios com reciclagem de lodo.

A primeira câmara desse sistema digestor é um digestor bem misturado e a segunda câmara atua apenas como um colono. As equações a serem usadas para projetar tal digestor são as mesmas usadas para projetar uma unidade de lodo aeróbico ativado por estágio único (CSTR). As equações pertinentes estão listadas abaixo.

A taxa de produção de metano de tal unidade pode ser calculada usando a Eq. (9, 90)

Taxa de produção de metano, m ³ / dia em STP

Um digestor anaeróbico com reciclagem de lodo pode ser projetado através das seguintes etapas:

(i) Os parâmetros cinéticos, K _S, µ _m, ƴ, b, y e β para um processo anaeróbico devem ser obtidos experimentalmente ou da literatura publicada. Os valores numéricos destes dependem dos poluentes (substrato) presentes nas águas residuais / lamas e nos micróbios utilizados.

(ii) Se a concentração de substrato de efluente tratada [S] for especificada, então ϴ _C (tempo médio de residência da célula) pode ser calculado usando a Eq. (9, 68). Se o valor calculado de ϴ _C. ser inferior a 3 dias ou superior a 15 dias, deve ser assumido um valor numérico adequado de O dentro do intervalo de 3 a 15 dias. Correspondente ao valor assumido de ϴ _C. [S] deve ser calculado usando a mesma equação Eq. (9, 68). O valor calculado de [S] deve ser aceitável.

(iii) Em seguida, assume-se um valor adequado de [X] (MLVSS) e r (tempo de residência) é calculado usando a Eq. (9, 76). O valor estimado de r não deve ser menor que ϴ _{C min} . Caso seja menor que ϴ _{c, mjn}, um valor mais alto de y deve ser assumido e o valor correspondente de [X] deve ser estimado.

(iv) Com base no valor calculado de T, o volume do digestor V deve ser estimado usando a Eq. (9, 77).

(v) Para estimar a taxa de reciclagem, usando a Eq. (9.64) é preciso saber [X] _r, já que os outros fatores, a saber, τ e ϴ _C e [x] já são avaliados. O valor de [X] _r concentração de biomassa na lama de reciclagem dependeria do projeto e desempenho do decantador.

(vi) A produção de metano por dia de tal unidade é estimada usando a relação Eq. (9, 90).

A Figura 9.37 mostra um esboço de um digestor anaeróbico de dois estágios sem reciclagem.

As equações a serem usadas para projetar um digestor anaeróbico sem reciclagem são similares àquelas usadas para projetar um CMAL (lagoa aeróbica completamente misturada). As equações estão listadas abaixo.

A produção de metano de tal unidade pode ser estimada usando a relação Eq. (9, 90).

Exemplo 9.8: Digestor Anaeróbico:

Um fluxo de águas residuais com uma DBO solúvel de 20.000 mg / L e um caudal de 15 m3 / h. deve ser tratado em um digestor anaeróbico de dois estágios com reciclagem de lodo. Ensaios laboratoriais indicaram que um MCRT de 18 dias reduziria a DBO solúvel no efluente tratado para 3000 mg / L e resultaria em uma operação estável. A produção de biomassa observada foi de 0, 1 mg / mg de DBO removida. Assumindo uma concentração de biomassa de lodo reciclado de 14.000 mg / L, taxa de carga de 5, 6 kg DBO / m3 dia e β = 1, 25 mg DBO / mg de célula, determine o seguinte:

(a) Volume do digestor, (b) Concentração de células no digestor, (c) Taxa de reciclagem, (d) Taxa de resíduos de lodo, (e) Taxa de sobrefluxo do decantador e (f) Taxa esperada de geração de metano.

Solução:

O volume do digestor é estimado usando a taxa de carga da relação,