Reator UASB

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Emanuel Moraes
Erika Mattos
Fernanda Aör
Pedro Dias
Renata Carijó
Sergio Meirelles
Análise de Eficiência do Reator UASB
Sumário
Objetivo do Trabalho
Histórico
Características do Reator
Fundamentos do Processo de Digestão Anaeróbica
Parâmetros de Projeto
Projeto do Reator do CESA
Obtenção e Análise de Dados
Produção de Gás de Lodo no Reator
Objetivo do Trabalho
Verificação de conformidade do projeto do reator UASB do CESA
Análise de dados coletados in situ
Conclusões e comparações com relação a eficiências esperadas e obtidas
Histórico do Reator
Criado na Holanda na década de 70
Pesquisas para tratamento de esgotos domésticos de países subdesenvolvidos
Operação fácil e barata = altamente difundido
Brasil: investimentos do PROSAB
Características do Reator
Tecnologia nova, difundida recentemente
Baixo tempo de detenção hidráulica
Fatores a serem considerados: 
Acumulação de biomassa no interior do reator
Alta atividade da biomassa
Contato entre biomassa e esgoto
Características do Reator
Características do Reator
Entrada do esgoto pela parte inferior, sendo distribuído pela área de baixo do reator
Câmara de digestão: retenção de partículas maiores
Zona de sedimentação: velocidade do líquido deve permitir sedimentação dos flocos de lodo formados
Características do Reator
Manta de lodo: onde ocorre a real digestão da matéria orgânica
Separador de fases: efluente tratado é separado do biogás formado
Gás vai para uma câmara de acumulação
Características do Reator
Cuidados!
Extremamente recomendado o tratamento preliminar antes da entrada no reator
Atenção a velocidade de ascenção do líquido
Criação de caminhos preferenciais e zonas mortas
Curto Circuito Hidráulico
Digestão Anaeróbica
Grupos de microorganismo
resíduo heterogêneo
CH4
CO2
H2
H2S
NH3
Novas Células
 Hidrólise
 Acidogênese
 Acetogênese
 Metanogênese
Fases do processo:
Hidrólise
 As moléculas orgânicas complexas são quebradas em açúcares, amino-ácidos, e ácidos graxos com a adição de grupos hidroxila.
Acidogênese
 Os compostos dissolvidos gerados na hidrólise são assimilados nas células das bactérias fermentativas e convertidos em compostos o que são então excretados pelas células.
 Acetogênese
 Moléculas simples da acidogênese são digeridas produzindo dióxido de carbono, hidrogênio e ácido acético.
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Metanogênese
 Degradação anaeróbia de compostos orgânicos em metano e dióxido de carbono.
PARÂMETROS DE PROJETO
Tempo de Detenção Hidráulica
Carga Orgânica Volumétrica
Velocidade Ascendente do Fluxo
Sistema de Distribuição do Afluente
Tempo de Detenção Hidráulica
Carga Orgânica Volumétrica
Velocidade Ascendente do Fluxo
Sistema de Distribuição do Afluente
O substrato afluente deve ser distribuído uniformemente na parte inferior dos reatores, garantindo um melhor contato deste com a biomassa.
Os tubos de distribuição devem ter diâmetro entre 75 e 100 mm e velocidade descendente do afluente inferior a 0,2 m/s.
Reator UASB – CESA:
Velocidade Descendente: 0,153 m/s
Diâmetro de cada Tubo de Distribuição: 600 mm
Sistema de Distribuição do Afluente
Área de influência de cada distribuidor:
A área de influência de cada distribuidor deve ser no caso de esgotos domésticos entre 1 a 3 m³.
Reator UASB – CESA: 1,633 m³
Dados
Coletas feitas semanalmente em 2006
Coleta feita pelo grupo no dia 16/11/2011
Análise de Dados
Análise estatística das eficiências:
Retirada de 10% mais altos e mais baixos para minimizar erros
Cálculo das eficiências esperadas para os tempos de detenção hidráulica
Divisão em grupos de vazão para comparação das eficiências obtidas
Melhora da eficiência é proporcional a concentração afluente?
Análise de Dados
DBO
Grupo
Vazão
Tempo de detenção médio (h)
Eficiência DBO média (%)
1
4,0 a 4,4m³/h
5,19
69,27
2
4,5 a 4,9 m³/h
4,75
67,88
3
5,0 a 5,4 m³/h
4,22
65,92
4
5,5 a 6,0 m³/h
3,77
63,95
Análise de Dados (DBO)
Análise de Dados (DBO)
Análise de Dados
DQO
Grupo
Vazão
Tempo de detenção médio (h)
Eficiência DQO média (%)
1
4,0 a 4,4m³/h
5,19
61,79
2
4,5 a 4,9 m³/h
4,75
60,62
3
5,0 a 5,4 m³/h
4,22
58,92
4
5,5 a 6,0 m³/h
3,77
57,27
Análise de Dados (DQO)
Análise de Dados (DQO)
Análise de Dados (Outros Parâmetros)
Análise Estatística:
Trabalho com massa de dados das coletas de 2006
Gráfico box-plot para analisar eficiências
Análise de Dados (Outros Parâmetros)
 Produção de Biogás
 Composição do Biogás:
Metano (CH4): 50 – 70% do volume de gás produzido.
Dióxido de carbono (gás carbônico, CO2): 25 – 50% do volume de gás produzido. 
Traços de outros gases:
Hidrogênio (H2): 0 – 1% do volume. 
Gás sulfídrico (H2S): 0 – 3% do volume. 
Oxigênio (O2): 0 – 2% do volume. 
Amoníaco (NH3): 0 – 1% do volume. 
Nitrogênio (N2): 0 - 7% do volume.
“Sendo o metano um combustível por excelência e, quanto maior o teor de metano, mais puro é o biogás” (Lucas Jr., 1994).
Produção de Biogás
Importância da Separação de Gases:
- Elevados tempos de retenção de sólidos (idade do lodo elevada)
- Redução do mau cheiro e risco de explosões
- Quando produzidos em grande quantidade, podem ser fonte de energia de alto poder calorífico
Produção de Biogás
Estimativa para a produção de Biogás a partir do metano liberado
 
Produção de Biogás
 
Produção de Biogás
Aplicação para o reator UASB – CESA 
DQOCH4: carga de DQO convertida em metano
5,928
kgDQOCH4/d
Qméd: vazão média de esgoto afluente
112,3
m³/d
S0: concentração de DQOtotalafluente
0,0795
kg/m³
S: concentração de DQOfiltradaefluente
0,0086
kg/m³
Yobs: coeficiente de produção de sólidos no sistema *
0,18
kgSVT/kgDQOremovida
Ksólidos: fator de conversão de STV em DQO*
1,42
kgDQO/kgSVT
K(t): fator de correção para a temperatura operacional do reator
2,617
kgDQO/m3
Patm: pressão atmosférica
1
atm
KCH4: DQO correspondente a um mol de CH4
64
g/m3
R: constante dos gases
0,08206
atm.L/mol.K
t: temperatura operacional do reator
25
°C
* Dados experimentais (Yobs e Ksólidos) foram extraídos de um trabalho experimental foi desenvolvido no Centro de Pesquisa e Treinamento em Saneamento (CePTS) UFMG/COPASA. Foram utilizados esses dados devido a proximidade entre os dois casos: 
Produção de Biogás
Resultados finais:
Volume total de gás metano produzido diariamente no reator UASB - CESA : 
VCH4 = 2,265 m³ 
Análise da contribuição do reator UASB – CESA para emissões de CO2 anuais:
144,96 g CH4/dia => 3 kg CO2/dia => 1095 kg CO2 /ano
Produção de Lodo
Resultante da transformação da matéria orgânica
Produção contínua – necessidade de descarte
Geração pequena – vantagem sobre os processo aeróbios
Produção de lodo
Lodo já sai digerido e adensado podendo ser desidratado em leitos de secagem
Má separação de fases 	biomassa ao longo do reator	perda de lodo	 má qualidade do efluente
Análise de Dados
DQO afluente = 178 mg/l
DQO efluente = 35 mg /l
Vazão do esgoto no reator = 1,3 m/s
DQO removida = DQO afluente - DQO efluente = 143 mg / l
Carga de DQO = 143 mg/l x 1,3 l/s = 185mg DQO/s = 16,06 kg DQO/ dia
Análise de Dados
Quantidade de lodo que é produzida em um dia de operação do reator:
Plodo (kgST/d) = Yobs ( kg SVT/ kgDQO removida) x L removida
P = 0,18 x 16,06 = 2, 89 kg SVT/ dia
Análise de Dados
	O volume de lodo que será produzido no período de um dia é fornecido pela equação:
		Vlodo = Plodo / (γ x c )
Ptotal = Plodo x 1,70 (devido ao fato dos SVT= 0,7 SST)
Ptotal = 4,91 kgST/d
Vlodo: produção de lodo (L/d);
γ: densidade do lodo = 1020 kg/m3;
C: concentração do lodo (%).
 
Vlodo = 4,91/ ( 1020 x 0,023) = 0,2094 m3 /dia = 
				209 l / dia