De acordo com Costa (2009), até o início da década de 90, a comunidade técnica costumava ser cética quanto ao uso de processos de tratamento avançado por meio anaeróbio, de modo que os processos anaeróbios eram aplicados basicamente em sistemas de fossas sépticas, lagoas anaeróbias e fases específicas no tratamento do lodo, como na utilização de digestores.
Entretanto, os promissores resultados técnicos, operacionais e econômicos decorrentes de pesquisas na área foram responsáveis por impulsionar o conhecimento e aplicação dos ditos sistemas de alta taxa, que para baixos tempos de detenção hidráulica, são capazes de reter grandes quantidades de biomassa com a utilização de volumes consideravelmente menores que os digestores anaeróbios tradicionais (METCALF & EDDY, 2003). No Brasil, grande parte destes esforços foram fomentados pelo Programa de Pesquisas em Saneamento Básico (PROSAB), possibilitando a execução de pesquisas de forma cooperada em diversos segmentos temáticos do saneamento, dentre eles o desenvolvimento e aperfeiçoamento de tecnologias de tratamento de esgoto sanitário (PROSAB, 2013).
Os reatores UASB, sigla que corresponde ao termo dado pela literatura em inglês “Upflow Anaerobic Sludge Blanket” para designar os “Reatores de Manta de Lodo”, são a vertente de tecnologia anaeróbia de alta taxa mais difundida atualmente. No Brasil, pode-se encontrar traduções diferentes para nomear a mesma tecnologia, como Digestor Anaeróbio de Fluxo Ascendente e Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente.
O tratamento com uso de reator UASB deve ser precedido de etapa preliminar, com gradeamento e unidade desarenadora. Após estas fases, o efluente entra no reator pela parte inferior, percorrendo-o de forma ascendente a partir de uma distribuição homogênea. O sentido ascendente do fluxo mantem o lodo formado em suspensão na parte inferior do reator, de modo que há formação de uma camada composta de grânulos de lodo ativado, decorrentes do fenômeno da floculação. Na região identificada como “manta de lodo”, espera-se verificar uma intensa ação dos micro-organismos anaeróbios (COSTA, 2009).
O efluente continua a percorrer o caminho ascendente, de modo que o líquido pode ser colhido na zona de decantação, na parte superior, enquanto o lodo é incorporado a manta de lodo da região inferior. Um oportuno sistema composto por defletores e um separador trifásico é responsável por direcionar a saída dos gases pela parte superior, possibilitando a separação das três fases no reator UASB. Na figura 7 temos um desenho esquemático de um reator UASB.
Figura 7 - Desenho esquemático de um reator UASB.
Fonte: Chernicharo et al. (1999 apud ZANIN, 2011).
É importante ressaltar que a condição climática brasileira de temperaturas elevadas ou moderadas durante grande parte do ano favorece a utilização de processos anaeróbios para decomposição da matéria orgânica e, se assim não o fosse – como ocorre nos países de clima frio, haveria necessidade de aquecimento dos reatores (Dos Santos, 2007). Outras características do processo anaeróbio empregada nos reatores UASB são levantadas no quadro 2, observando possíveis vantagens e desvantagens no dessa tecnologia em detrimento aos processos aeróbios convencionais.
Quadro 2 – Vantagens e desvantagens na utilização de reatores UASB em relação aos processos aeróbios convencionais
Vantagens Desvantagens
Baixa demanda de área Possibilidade da emanação de maus odores Baixo custo de implementação e operação Baixa capacidade do sistema em tolerar cargas tóxicas
Baixa produção de lodo Elevado intervalo de tempo necessário para partida no sistema Baixo consumo de energia (apenas para elevatória
de chegada, quando for o caso) Necessidade de uma etapa de pós-tratamento Satisfatória eficiência de remoção de DBO e DQO,
na ordem de 65 a 75%
Possibilidade de rápido reinício, mesmo após longas paralizações
Elevada concentração e boa desidratabilidade do lodo excedente
Fonte:Chernicharo, 1997.
A mistura de gases geradas pelo processo anaeróbio, conhecida por biogás, é majoritariamente composta por metano (70 a 80%) e dióxido de carbono (15 a 25%), mas também pode apresentar outros componentes como monóxido de carbono, gás nitrogênio, gás hidrogênio, gás sulfídrico e oxigênio (Campos, 1999).
Conforme lembra Dos Santos (2007), o biogás deve ser considerado como emissão poluidora, devendo este ser encaminhado para tratamento (queima). Entretanto, por apresentar bom poder calorífico, pode ser aproveitado em motores de combustão interna, distribuído em rede após tratamento, alimentação de caldeiras e geração de energia elétrica.
Apesar de reatores anaeróbios poderem apresentar elevadas concentrações de biomassa ativa em seu volume reacional, com altas eficiências na remoção de cargas orgânicas e de sólidos em suspensão e com curtos tempos de detenção hidráulica, Speece (1996 apud FONTANA 2007) lembra que normalmente a qualidade do efluente tratado não consegue atender aos padrões legais para seu lançamento direto em corpos hídricos, apresentando necessidade de um pós tratamento.
Neste contexto, o filtro submerso aerado (FSA) surge com uma promissora modalidade de pós-tratamento. Existem diversas configurações de FSA,
mas que são fundamentalmente regidas pelo mesmo princípio: um reator de escoamento contínuo com sistema de aeração e recheio inerte que atua como suporte para os micro-organismos, onde o meio poroso é mantido submerso em sua totalidade. Tal como o UASB, podemos também classificar o FSA como um reator trifásico, uma vez que apresenta (CHERNICHARO, 2001):
a. fase sólida: constituído pelo meio suporte e pelas colônias de micro- organismos que nele se desenvolve, sob a forma de biofilme;
b. fase líquida: composta pelo meio líquido em permanente escoamento através do meio poroso;
c. fase gasosa: formada pela aeração artificial e, em reduzida escala, pelos gases formados como subprodutos da atividade biológica.
É interessante perceber a oportuna complementariedade da junção de tratamentos com UASB e FSA, uma vez que reduzida uma grande parte da carga orgânica no UASB, o FSA apresenta capacidade de tratamento e clarificação de despejos suficientemente diluídos, além de não exigir demasiado espaço físico, possuírem aspecto modular, simplicidade operacional e ter menor produção de lodo, quando comparado ao sistema de lodos ativados, por exemplo (FONTANA, 2007; GONÇALVES et. al 1993).