Dimensionamento de um reator UASB

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Dimensionamento do reator UASB
Departamento de Química e Meio Ambiente
Tratamento de Águas Residuárias II 
Profº: João Paulo Siqueira
Alunos: Adriane Melo
Isabela Duarte
Christopher Jimmy
Maracanaú – 2018
Dimensionamento do reator UASB com os seguintes elementos:
Consumo per capita: 145 L/hab.dia
Coeficiente de retorno: 0,85
População: 55260 hab
Qméd: 6810,8 m³/d
Qmáx: 12259,5 m³/d
Temperatura do mês mais frio: 26 ºC
DQOaflu: 745 mg/L
Nº de reatores (Nr): 5 unidades
Carga orgânica
CORG= CxQ
CORG= 745 mg/L x 6810,8 m³/d
CORG= 5074,073 kg DQO/dia
Adoção do Tempo de Detenção Hidráulica 
De acordo com a TAB. 01 foi escolhido o TDH de acordo com a realidade do projeto.
Tabela 1 – Tempo de detenção hidráulico para projeto de reatores UASB
	Temperatura do esgoto
(ºC)
	Tempo de detenção hidráulica (TDH)
	
	Para Qmédia
	Para Qmáxima
	16 – 19
	> 10 – 14
	> 7 – 9
	– 26
	> 6 – 9
	> 4 – 6
	> 26
	> 6
	> 4
Fonte: Chernicharo (1997), adaptado de Lettinga&HulshoffPol (1991)
TDH= 8,0 h
Volume do reator
Volume por módulo 
Nr= 5
Adoção da altura do reator 
De acordo com Chernicharo (2007), a altura de reatores UASB é de 4,0 a 5,0 m.
h= 4,5 m
Áreado reator por módulo
 Diâmetro
→12 m
Recálculos corrigidos
- Área = 113,097m²
- Volume = 508,93m³
- TDH = 8,96h
Verificações das cargas aplicadas por módulo
- Carga orgânica volumétrica:
De acordo com Chernicharo (2007), valor permitido < 15 kg DQO/dia.
- Carga hidráulica volumétrica:
De acordo com Chernicharo (2007), valor permitido < 3,5 m³/m³.dia.
 Verificações das velocidades superficiais
Para o caso de tratamento de esgoto doméstico, recomendam-se as seguintes velocidades superficiais:
Tabela 2 - Velocidade superficial para projeto de reatores UASB, tratando esgoto doméstico
	Vazão afluente
	Velocidade superficial (m/h)
	Vazão média
	0,5 a 0,7
	Vazão máxima
	< 1,1
	Picos temporais (2 e 4 h)
	< 1,5
Fonte: Chernicharo (1997), adaptado de Lettinga&HulshoffPol (1991)
- Velocidade média:
	- Velocidade máxima: 
Avaliação da Produção de Metano 
 Estimativa de DQO efluente (70%)
Estimativa da produção de metano
Carga de DQO removida convertida em metano:
Coeficiente de produção de sólidos (Ƴ)= 0,21 Kg DQOlodo /Kg DQOaflu
Fator de correção
Vazão de metano
Vazão do biogás 
75% de CH4 no biogás
Avaliação da Produção de Lodo
Tabela 3 - Condicionantes de Projeto - lodo
	Coeficiente de produção de sólidos (Ƴ) (Kg SST/Kg DQOafl)
	Coeficiente de produção de sólidos (Ƴ) (Kg DQOlodo /Kg DQOafl) Metano
	Concentração esperada para lodo de descarte
	Densidade do lodo anaeróbio (kg/m³)
	0,18
	0,21
	4% (0,04)
	1020
a) Produção de Lodo
b) Volume de Lodo
c) Ciclo de Operação dos Leitos
Faixa: 15-20 dias, adotado 20 dias.
Massa de Lodo retirada do reator:
Onde CO é o ciclo de operação;
Volume de lodo retirado por ciclo de operação:
Taxa de Aplicação de sólidos nos leitos:
Adotado 10 kg SST/m²
Área Necessária de Leitos:
Números de Leitos de Secagem: 
Adotar 5 unidades
Área por Leito: 1278,6/5 = 255,73m²
Relação L/B: 
Recalcular Área: 
Altura da Lâmina de lodo:
 Detalhamento do UASB
a) Distribuição Afluente:
Diâmetro dos tubos de Distribuição: 100 mm
Distância entre o local de saída e o fundo: 0,3
Área de Influência da Distribuição: 2,5 m²
Número de Tubos de Distribuição: At/Ai
113,09 x 3 (área por módulo)/ 5
NTD= 226,19 tubos
Número de tubos por módulos: 
Tmódulo = 226,19/5
Tmódulo = 45,23 Adotar 45 tubos
 Comprimento de Decantação:
a) Largura de cada abertura simples: 1,6m
b) Área de cada Módulo: 113,09 m²
c) Área de Passagem do comprimento de decantação = Amód – Aseptrifásico
Velocidade de Passagem = Qmédmód/Aps
Altura da Aba Inclinada: 1,9 (h1 >1,5m)
Altura da Parede Vertical: 0,8 (h2 >0,3m)
g) Largura do coletor de gás:
h) Largura menor do separador trifásico
i) Volume do Compartimento de decantação: πD²/4 (h1+h2)
j) TDH do compartimento de decantação:
k) Trespasse do Defletor (b): 0,15m (>0,10-0,2m)
l) Largura do Defletor:
PARTIDA DE REATOR UASB
De acordo com Chernicharo & Borges (1996), a partida de um reator UASB pode ser realizada de três maneiras:
Com inóculo adaptado ao esgota a ser tratado: partida rápida e satisfatória, pois dispensa a etapa de adaptação do lodo dentro do reator;
Co inóculo não adaptado: necessário período de aclimatação, incluindo fase de seleção microbiana;
Sem a utilização de lodo de inóculo: forma mais desfavorável. Como a concentração de microrganismos no esgoto é muito pequena, o tempo demandado para a retenção e seleção de elevada massa microbiana pode ser bastante prolongado.
Segundo Chernicharo (1997), a partida de um UASB sem a utilização de inóculo pode demorar de 4 a 6 meses. Com a utilização deste em quantidade inferior a 4% do volume do reator se pode alcançar um tempo de partida de 2 a 3 semanas.
Chernicharo & Borges (1996) realizaram estudo com a partida de reator UASB, em escala real (477 m3), utilizando 16 m3 de lodo de digestor anaeróbio de ETE de cervejaria, com concentração de sólidos voláteis (SV) igual a 14 g/L. Utilizaram período de aclimatação de 24 horas sem alimentação, após a inoculação, monitorando pH, alcalinidade, DQO e ácidos voláteis do sobrenadante. Após duas semanas de operação, foi atingida a carga orgânica plena, correspondente a 1,25 kgDQO/m3.dia.
Utilizando o primeiro método citado, temos os procedimentos durante a partida do reator, de acordo com Chernicharo & Borges (1996):
Inoculação;
Alimentação com esgoto;
Monitoramento do processo.
A seguir, temos alguns dos procedimentos adotados durante a partida de um reator de manta de lodo na cidade de Itabira/MG (Chernicharo et al., 1996).
Inoculação
A inoculação pode ser feita tanto com o reator cheio ou vazio, embora seja preferível a inoculação com o reator vazio, a fim de diminuir as perdas de lodo durante o processo de sua transferência. Para essa segunda situação, foram os seguintes procedimentos adotados:
Transferir o lodo do inóculo para o reator, cuidando para que o mesmo seja descarregado no fundo do reator. Evitar turbulências e contato excessivo com o ar;
Deixar o lodo em repouso por um período aproximado de 12 a 24 horas, possibilitando a sua adaptação gradual à temperatura ambiente.
Alimentação do reator com esgoto
Após o término do período de repouso, iniciar a alimentação do reator com esgoto, até que o mesmo atinja aproximadamente a metade de seu volume útil;
Deixar o reator sem alimentação por um período de 24 horas. Ao término deste período, e antes de iniciar uma próxima alimentação, coletar amostras do sobrenadante do reator e efetuar análises dos seguintes parâmetros: temperatura, pH, alcalinidade, ácidos voláteis e DQO. Caso estes parâmetros estejam dentro das faixas de valor aceitáveis, prosseguir o processo de alimentação. Valores aceitáveis: pH entre 6,8 e 7,4 e ácidos voláteis abaixo de 200 mg/L (como ácido acético);
Continuar o processo de enchimento do reator, até que o mesmo atinja o seu volume total (nível dos vertedores do decantador);
Deixar o reator novamente sem alimentação por outro período de 24 horas. Ao término deste período, retirar novas amostras para serem analisadas e proceder como anteriormente;
Caso os parâmetros analisados estejam dentro das faixas estabelecidas, propiciar a alimentação contínua do reator, de acordo com a quantidade de inóculo utilizada e com a porcentagem de vazão a ser aplicada (veja na Fig. 1);
Implantar e proceder monitoramento de rotina do processo de tratamento;
Proceder aumento gradual da vazão afluente, inicialmente a cada 15 dias, de acordo com a resposta do sistema. Este intervalo poderá ser ampliado ou reduzido, dependendo dos resultados obtidos.
Figura 1: Representação gráficados volumes de inóculos necessários.
Fonte: Chernicharo, 1997. Adaptado.
Monitoramento do processo de tratamento
Para o monitoramento do processo de tratamento deve ser definida a rotina de coleta de amostras e os parâmetros físico-químicos a serem analisados. A seguir temos um programa de monitoramento que pode ser adotado durante a partida de reatores de manta de lodo.
Tabela 1: Programa de monitoramento de um reator UASB durante a partida.
	Parâmetro
	Unidade
	Frequência de amostragem
	
	
	afluente
	reator
	efluente
	Produção de biogás
	m3/d
	-
	diária
	-
	Composição de biogás
	% CH4
	-
	semanal
	-
	Temperatura
	°C
	Diária
	diária
	-
	pH
	-
	Diária
	diária
	-
	Alcalinidade bicarbonato
	mg/L
	3 x semana
	-
	3 x semana
	Ácidos voláteis
	mg/L
	3 x semana
	-
	3 x semana
	Sólidos sedimentáveis
	mg/L
	3 x semana
	-
	3 x semana
	Sólidos suspensos (SS)
	mg/L
	2 x semana
	-
	3 x semana
	Sólidos totais (ST)
	mg/L
	-
	mensal
	-
	Sólidos voláteis totais (SVT)
	mg/L
	-
	mensal
	-
	DQO total
	mg/L
	3 x semana
	-
	3 x semana
	DQO filtrada
	mg/L
	1 x semana
	-
	1 x semana
	DBO total
	mg/L
	1 x semana
	-
	1 x semana
	DBO filtrada
	mg/L
	1 x semana
	-
	1 x semana
	Nitrogênio total (NTK)
	mg/L
	quinzenal
	-
	quinzenal
	Fósforo total
	mg/L
	quinzenal
	-
	quinzenal
	Atividade metanogênica específica
	gDQO/gSV.d
	-
	quinzenal
	-
Nota: A frequência das análises pode ser reduzida ao longo da partida do processo, de acordo com os resultados obtidos.
REFERÊNCIAS
CHERNICHARO, Carlos Augusto de Lemos; ANAERÓBIOS, Reatores. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. Reatores anaeróbios, v. 5, p. 379, 1997.
CHERNICHARO, C. A. L.; BORGES, J. M. Metodologia utilizada durante a partida de um reator UASB de 477m3 tratando esgotos tipicamente domésticos. In: Anais do XXV Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. 1996. p. 655-661.