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4.2.1. Eficiência de remoção de matéria orgânica

A eficiência de remoção de matéria orgânica, em termos de DQO total, foi calculada usando a seguinte relação:

100 (%) _⎟⎟× ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = AT ET AT T C C C ε (4.1) em que,

CAT = DQO total afluente (mg L-1);

CET = DQO total efluente (mg L-1).

Para amostras filtradas, a eficiência de remoção foi calculada da seguinte forma: 100 (%) _⎟⎟× ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = AT EF AT F C C C ε (4.2)

em que,

CAT = DQO total afluente (mg L-1);

CEF = DQO filtrada efluente (mg L-1).

É importante ressaltar que a eficiência diária de remoção foi calculada utilizando o valor médio de DQO obtido em cada fase, visto que amostras de afluente e efluente coletadas num mesmo dia não representam a eficiência do sistema naquele dia, ou seja, o efluente deveria ser coletado depois de completado o TRH.

Essas relações foram utilizadas na comparação do desempenho dos reatores anaeróbios de leito fixo, nas diferentes fases do monitoramento. Para obtenção dos perfis de decaimento da matéria orgânica, a eficiência de remoção foi calculada em relação à concentração de matéria orgânica filtrada afluente, conforme apresentado a seguir: 100 (%) _⎟⎟× ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = AF EF AF C C C ε (4.3) em que,

CAF = DQO filtrada afluente (mg L-1);

CEF = DQO filtrada efluente (mg L-1).

4.2.2. Ajuste do modelo cinético aos dados

Para representar a cinética de degradação de matéria orgânica, o modelo cinético de primeira ordem, tomando-se por base a concentração residual (equação 4.4) foi ajustado aos dados experimentais, conforme proposto por Le Duy & Zajic (1973) citados por RATUSZNEI et al. (2001) e RIBEIRO et al. (2003).

) ( _{EF R} ap C C k r = × − (4.4)

em que,

r = taxa de consumo de DQO (mg L-1 h-1);

kap = coeficiente cinético aparente de primeira ordem (h-1); CEF = DQO filtrada efluente (mg L-1);

CR = DQO residual (mg L-1).

Adotando-se o regime de escoamento do tipo pistão e o modelo cinético proposto tem-se que o balanço de massa para o consumo de DQO pode ser obtido utilizando-se a equação 4.5. ) . ( ) ( _{AF R} k TRH R EF ap e C C C C = + − × − (4.5) em que,

CAF = DQO filtrada afluente (mg L-1);

TRH = tempo de residência hidráulica (h).

O parâmetro CR, apesar de não fazer parte do modelo de primeira ordem

comum, funciona como “normalizador” do modelo, já que a velocidade de reação atinge valores nulos para concentrações diferentes de zero (GARCIA, 2005).

O ajuste dos modelos cinéticos foi obtido utilizando-se os valores de DQO filtrada, para amostras coletadas ao longo da altura dos reatores, como função do TRH, nas três fases de operação do sistema.

4.3. Métodos

4.3.1. Análises físicas, químicas e biológicas

As análises foram realizadas no Laboratório de Qualidade da Água e no Laboratório de Solo e Resíduos Sólidos, ambos do DEA/UFV, em conformidade com as recomendações do Standard Methods for Examination of Water and

Wastewater (1995).

Demanda bioquímica de oxigênio (DBO5,20ºC)

Obtida pela determinação do oxigênio dissolvido pelo método iodométrico (Processo Winkler).

Demanda química de oxigênio (DQO)

Determinada pelo método de oxidação química em refluxo aberto. Para obtenção da DQO filtrada, a ARC passou através de uma membrana de fibra de vidro com 1,2 µm de diâmetro de poro, antes de ser realizada a análise.

Sólidos totais (ST), sólidos voláteis totais (SVT) e sólidos fixos totais (SFT)

Os ST foi medido gravimetricamente após secagem em estufa a 105ºC e o conteúdo volátil após incineração em mufla a 550ºC. Os SFT foram obtidos por diferença entre os ST e SVT.

Sólidos suspensos totais (SST) e sólidos suspensos voláteis (SSV)

Determinados pelo método gravimétrico, com utilização de membranas de fibra de vidro com 0,45 µm de diâmetro de poro.

Compostos fenólicos (FenolT)

Os fenóis totais foram determinados pelo método colorimétrico, com o uso do reagente Folin-Denis, sendo que o ácido tânico foi utilizado para construção da curva padrão (FOLIN & DENIS, 1912).

Nitrogênio total (NT)

Determinado pelo processo Kjeldahl com a adição do ácido salicílico.

Fósforo total (PT)

Obtido por meio da digestão nitroperclórica da amostra e quantificação em espectrofotômetro.

Sódio e Potássio (Na e K)

Determinado por meio da digestão nitroperclórica da amostra e quantificação em fotômetro de chama.

Alcalinidade total (AT), alcalinidade bicarbonato (AB), alcalinidade parcial (AP), alcalinidade intermediária (AI) e ácidos voláteis totais (AVT)

Determinação pelo método volumétrico, seguindo-se a metodologia descrita por Dilallo & Albertson (1961) modificada por RIPLEY et al. (1986).

pH

O pH foi determinado com potenciômetro de bancada.

Condutividade elétrica (CE)

Quantificada em condutivímetro portátil.

4.3.2. Análises microbiológicas

No final de cada fase de operação foram retiradas, simultaneamente, amostras dos três suportes para a caracterização da biomassa aderida, por meio de exames microscópicos, distinguindo-se as principais morfologias celulares presentes no biofilme.

As amostras foram fixadas com tampão fosfato (pH 6,8) contendo glutaraldeído 5%, por 1 h. Após a fixação, as amostras foram lavadas 6 vezes, em intervalos de 10 min, com uma solução tampão fosfato 0,1 mol L-1 e água destilada. Em seguida, fez-se a desidratação com soluções de etanol em concentrações crescentes (30%, 50%, 70%, 80%, 95% e 100% v/v) sendo que as amostras foram lavadas três vezes em etanol 100% v/v. Cada etapa de desidratação demorou 10 min. Essas amostras foram secadas a 30º C no aparelho Critical Point Dryer Bal Tec CPD 030. As partículas foram cobertas com uma camada de ouro de 20 nm de espessura, no Sputter Coater Balzers SCU 010 e fixadas em suportes de alumínio (stubs) com caneta condutiva de elétrons. As observações foram realizadas no microscópio eletrônico de varredura LEO VP 1430. Essas análises foram realizadas no Núcleo de Microscopia Eletrônica e de Varredura da UFV.

Na terceira fase, efetuou-se também a microscopia ótica com contraste de fase. As amostras foram coletadas e alocadas em frascos de 100 mL em meio a nitrogênio gasoso, mantidos a 10ºC. O material foi analisado no Laboratório de Processos Biológicos do Departamento de Hidráulica e Saneamento da EESC/USP.

4.3.3. Análise estatística

Para verificar a homogeneidade e a normalidade dos dados efluentes aos reatores, aplicou-se o teste de Cochran e Bartlett, tomando-se as amostragens em cada fase como repetições. Em seguida, procedeu-se a análise de variância, seguida pelo teste Tukey, em nível de 5% de probabilidade, quando havia efeito significativo dos fatores. Para efeito de análise estatística considerou-se um delineamento inteiramente ao acaso com 3 reatores e 3 fases e com o número de repetições variando de acordo com a freqüência das variáveis monitoradas. As análises estatísticas foram feitas com o Programa Estatístico SAEG.