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Sistemas com remoção biológica de nitrogênio, juntamente com a redução de DBO, alcançam nitrificação e desnitrificação, em biorreatores secundários. Estes processos podem se dar em sistemas que usam uma combinação de crescimento aderido (biofilme)

e biomassa em suspensão, denominados sistemas híbridos, onde são otimizadas as características de todas as unidades componentes do sistema.

De acordo com Von Sperling (1996) os processos de tratamento aeróbio são divididos em processos com crescimento aderido e em suspensão. Nos processos com crescimento suspenso os organismos responsáveis pela degradação da matéria orgânica são mantidos em suspensão no meio líquido (sem nenhuma estrutura de sustentação). Enquanto no processo com crescimento aderido os microrganismos responsáveis pela estabilização da matéria orgânica encontram-se aderidos em um meio suporte, podendo ser material natural (pedras, areia, solo) ou artificial (plástico, cerâmico).

Em termos de tratamento terciário os sistemas com crescimento aderido apresentam-se bastante promissores, por possibilitarem a obtenção de elevados tempos de retenção celular, reconhecidamente o fator mais importante na estabilidade e eficiência dos processos biológicos, em especial a atividade nitrificante.

Torres & Foresti (2000) apud Garbossa (2003) operaram um UASB seguido de reatores por bateladas sequênciais (SBR), em escala piloto, no tratamento de esgoto sanitário. O UASB foi operado com tempos de detenção hidráulica de 8 e 6h, vazão de 18 l/h e 29 l/h, respectivamente. O SBR foi operado com ciclos de duração de 4, 6, 12 e 24h. O sistema combinado apresentou eficiências de remoção de DQO e SST superiores a 84% e eficiência de remoção de N-NTK acima de 79%, para tempo mínimo de aeração de 4h no SBR.

Cybis et al. (2004) avaliaram a eficiência e a estabilidade do SRB na remoção de nitrogênio no tratamento de esgoto doméstico com DQO baixa. O reator utilizado no experimento tinha volume de trabalho de 600 L e tratou 1200 L/d de esgoto bruto em três bateladas de oito horas. O reator possui forma cilíndrica com altura de 1,50m e 0,80m de diâmetro. A partir dos dados obtidos na pesquisa, observou-se que o reator seqüencial em batelada possibilitou a remoção média de nitrogênio total igual a 88 % no tratamento de esgoto doméstico com DQO média de 257 mg/L. A remoção de DQO foi de 90 %. A

alcalinidade média total no efluente foi de 72 mg CaCO3/L.

Chagas (2006) operando um FBAS (filtro biológico aerado submerso) precedido por um UASB, verificou o comportamento do processo de nitrificação no FBAS sob diferentes vazões e taxas de recirculação. Operando com vazão de 200 L/h e taxa de recirculação de 0,80 no regime 3 foram observados os melhores resultados, tendo o efluente final concentrações médias de 28 mg/L (DBO), 27 mg/L (SST) e 10mg/L (amônia), correspondendo a eficiências médias, respectivas de 76%, 79% e 75%. A alcalinidade do

esgoto afluente ao FBAS ficou em torno de 195 mg CaCO3/L (nos 3 regimes), ao passo

que a concentração no efluente do FBAS nos 2 primeiros regimes (com menores taxas de

recirculação (0,20 e 0,40) foram 158 e 146 mg CaCO3/L, a concentração no regime 3 caiu

para 34,9 mg CaCO3/L, comprovando a nitrificação.

Callado & Foresti (2000) avaliaram o desempenho de um sistema composto por três reatores em batelada, sequenciais em escala de bancada tratando esgoto sintético. Os SBR tinham seção circular, com 15 cm de diâmetro e volume total de 16,5 L que operados em série, formavam sistema anaeróbio / aeróbio / anóxico. O sistema foi operado em cilcos de 12 h, com fornecimento de 8 L de substrato para cada batelada. A pesquisa perdurou por 54 dias e foi mantida sob temperatura de 28°C. O sistema apresentou eficiências de 90, 85 e 68%, respectivamente, em DQO, nitrogênio e fósforo, produzindo efluentes com concentrações de DQO menores que 60 mg/L, 4 mg/L para N-NTK.

Carvalho (2004) apud Godoy (2007) operou um biofiltro aerado submerso (BAS) buscando

otimizar a eficiência na remoção de DQO, DBO5, SST e na conversão de nitrogênio

amoniacal. O BAS, em escala piloto, foi elaborado em tubos de PVC com volume útil de 190,6 L. Foi utilizado como meio suporte matrizes cúbicas de espuma de poliuretano. O experimento foi avaliado sob duas condições: a primeira com TDH de 6 horas por 55 dias e a segunda com TDH de 6, 4 e 12 horas por 125 dias. Apenas na fase II, operando com TDH de 6 horas, o BAS alcançou eficiências médias de remoção de DQOB, DBO5 e SST de 75%, 85% e 85%, respectivamente. Apenas da fase II detectou-se conversão de nitrogênio amoniacal, com TDH de 12 horas, tendo eficiência média de 60%.

Os biofiltros aerados submersos constituem-se de tanques preenchidos com material granular através do qual fluem esgoto e ar. Neste sistema é realizada a remoção de compostos orgânicos solúveis e de partículas em suspensão presentes no esgoto. Além de servir como sustentação para os microorganismos, o material suporte serve como meio filtrante. Neste tipo de tecnologia são necessárias lavagens periódicas para eliminar o excesso de biomassa acumulada, reduzindo as perdas de carga hidráulica através do meio. Durante a lavagem, com a alimentação de esgoto interrompida ou não, são realizadas diversas descargas hidráulicas sequenciais de ar e água de lavagem (GONÇALVES et. al., 2001).

Os primeiros biofiltros aerados surgiram no início dos anos 80, sendo concebidos para realizar a remoção de sólidos suspensos e a oxidação da matéria orgânica em esgotos domésticos. Suas principais vantagens são: a pequena ocupação de área, operação simples, o aspecto modular, simplificando extensões futuras, baixo impacto ambiental,

efetivo no tratamento de odores, e a eliminação da decantação secundária, suprimindo problemas de separação de lodo em unidades de clarificação (GONÇALVES et al., 2001). Segundo Chernicharo (2001) os biofiltros aerados submersos classificam-se como reatores híbridos por terem em seu volume biomassa em suspensão e fixa. A diferença entre o reator aerado do experimento e o BAS são os curtos intervalos de descarga aplicados aos segundos.

De acordo com Motta (1995) apud Yendo (2003) esse tipo de tecnologia tem sido uma opção muito promissora para o tratamento em nível secundário de esgotos domésticos e de efluentes industriais, além de ser viável tanto para efluentes concentrados (DQO elevada) como para efluentes diluídos (DQO baixa).

Hirakawa et al. (2001) estudaram em escala piloto o BAS de fluxo descendente, com leito fixo com 32,7L de volume aparente, no pós-tratamento de reator UASB (604L) com esgoto sanitário e verificaram o conjunto com eficiência de 91% na remoção de DBO, com concentração na faixa de 6 a 17 mg/L. Ainda neste experimento observou-se que o BAS foi capaz de, durante um determinado tempo, promover a remoção de nitrogênio amoniacal, produzindo efluente com concentração de nitrogênio amoniacal inferior a 5 mg/L. A taxa de aplicação deste experimento foi de 4 kgDQO/ m³.dia.

Barbosa (2006) utilizando BAS como pós-tratamento de tanque séptico em escala de laboratório tratando esgoto sintético verificou eficiência de remoção na unidade aeróbia de 80%, 88% e 78% de DQO, COT e DBO, respectivamente. Além de uma eficiência de 84% na remoção de nitrogênio amoniacal. O tanque séptico operou com tempos de detenção hidráulica de 12, 15, 18, 21 e 24 horas e o BAS com TDH de 4 horas. Na atual pesquisa será aplicado inicialmente um TDH de 4,78h no reator aerado (considerando-se os índices de vazio para o cálculo do volume a ser dividido pela vazão).

Carvalho Jr. (2008) operou três filtros aeróbios submersos em série tratando efluente de reator UASB. Os filtros eram em PVC, com diâmetros de 53,7cm e 75cm, alturas de 2,10m , 2,00m e 1,45m. Tinham na sequência fluxos ascendente, descendente e ascendente e o meio suporte era constituído por anéis de poliestireno. O UASB, com 18m³ e 6m de altura operou com vazão de 1670 L/h. Os filtros operaram com vazões indo de 1L/h. O autor trabalhou com duas sequências alternando o fluxo do esgoto dentre os 3 reatores. Na fase 1, a concentração média afluente de NTK foi de 40,9 mg/L, e as concentrações médias efluentes foram 7,5; 5,3 e 4,6 mg/L para os reatores R1, R2 e R3, representando uma eficiência média total de 88%. Ainda nesta fase o autor apresenta

resultados de que em 75% das amostras analisadas, a eficiência total de conversão de NTK esteve entre 92,6 e 100%.

Vieira et al. (2003) apud Domingues (2005) desenvolveram um sistema combinado composto por reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) com 4 compartimentos, reator aeróbio radial de leito fixo (RARLF) e RAHLF com 1 compartimento. A conversão média de amônia foi de 95 %, com 2 mg N-Amon/L no efluente. A remoção média de nitrogênio foi de 96 %, 1,1 mg N-NO3 efluente. A remoção média de DQO alcançada foi de 73 % (35 mg O2/L no efluente) e de 85 % para SSV (4 mg SSV/L no efluente).

De acordo com Gonçalves (2001), para biofiltros aerados submersos convencionais como pós-tratamento de UASB é realizada lavagem de 3 em 3 dias a fim de controlar a colmatação progressiva do leito (a freqüência de lavagem depende da granulometria, das cargas aplicadas, das características dos esgotos e da natureza da biomassa).