RALF, Reator Anaeróbio de Manto de Lodo e Fluxo Ascendente reduzindo custos e economizando energia no Tratamento de Esgotos

Luis César Baréa Engenheiro da Companhia de Saneamento do Paraná Mestre em Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Curitiba, Março de 2006

Histórico dos Reatores Anaeróbios
1905 – Desenvolvimento do Tanque Imhoff (bicompartimentado).
1970 – Lettinga e seus seguidores começam a a pesquisar o tratamento anaeróbio para despejos concentrados industriais e esgoto sanitário na Universidade de Wagenigen na Holanda.
1980 – Início de Operação da Estação de tratamento de esgoto Belém da cidade de Curitiba com lodos ativados com Aeração Prolongada.
1981 – Projeto de Tratamento de esgoto de Piraí do Sul utilizando tanques imhoff e reator de manto de lodo – Eng. Celso Saveli Gomes.


1982 – Projeto de um reator anaeróbio de manto de lôdo para tratamento primário(tdh = 2 horas) para núcleo habitacional Caiçaras/Curitiba – Eng. Arvid Ericson.
1983 – Projeto da Ete Sul e Norte de Londrina utilizando decantadores primários e digestores seguido de reatores anaeróbios de manto de lodoEng. Luis C. Baréa.
1985 – Projeto de módulos de Ralfs para várias cidades do Paraná – Eng. Arvid Ericson/Celso Savelli/Décio Jurgensen/Luis C. Baréa.
1986 – A partir desta data os Engenheiros Projetistas da Sanepar começaram a utilizar os reatores Ralf em quase todas as Etes no Paraná

Príncipios de funcionamento do Reator Anaeróbio do tipo Ralf/Uasb(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket) No reator anaeróbio Ralf/UASB o despejo é introduzido e distribuído em toda sua base (1). Um manto de lodo anaeróbio é mantido no seu interior. O esgoto afluente é forçado a percolar através deste manto. Nesta passagem, partículas finas suspensas são filtradas e componentes solúveis são absorvidos na biomassa (2). A biomassa converte o esgoto em biogás e alguma nova biomassa. O biogás sai da biomassa na forma de bolhas o que ocasiona a necessária mistura.

Na parte de cima do reator está localizada uma estrutura que direciona o biogás para os coletores de biogás(3). Parte dos sólidos(lodo) e líquidos são direcionados para os compartimentos de decantação, neste local não há biogás, portanto propícia a decantação dos sólidos. Os sólidos que sedimentam no decantador retornam novamente para o compartimento em que se localiza o manto de lodo. O efluente tratado é retirado do reator através de vertedores localizado nos decantadores (4)

BIOGÁS CAIXA DE DISTRIBUIÇÃO DE VAZÃO

4 EFLUENTE

EFLUENTE 3 ZONA DE DECANTAÇÃO

2

MANTO DE LODO EXCESSO DE LODO

1

LODO PESADO LODO FINO BOLHA DE GÁS

FIG. 1 - VISTA ESQUEMÁTICA DO REATOR UASB

FIG.2 - SEPARADOR TRIFÁSICO

Fases do processo anaeróbio
Hidrólise


Rompimento das cadeias polímeras, em compostos mais simples, a nível de monomeros, cujo o tamanho permite a passagem do mesmo através da menbrana celular.


Acidogênese


Os monomeros que são os produtos da hidrólise são então reduzidos a ácidos graxos voláteis, CO2e H2 mediante um processo intracelular de oxidaçãoredução. Estas reduções são possíveis por ação catalizadora de um grupo de bactérias chamadas de acidogênicas.

Fases no processo anaeróbio (cont.)
Acetogênese


Na continuação outro grupo de bactérias denominadas acetogênicas transformam os compostos anteriores em acetato. De forma similar a etapa anterior neste passo se produz CO2 e H2.


Metanogênese


Finalmente, outro grupo de bactérias, as metanogênicas, cumprem a função de transformar o acetato em metano. Além do metano (= 70%) e CO2 (= 30%) o biogás contém outros gazes como nitrogênio, hidrogênio e ácido sulfidrico (H2S) com concentrações inferiores a 1%.

MATERIAL ORGÂNICO EM SUSPENSÃO PROTEÍNAS, CABOIDRATOS, LIPÍDIOS 39

5 21

40

AMINOÁCIDOS, AÇÚCARES

ÁCIDOS GRAXOS

66

34

46

OUTROS

11

PROPIONATO

1

35

ACIDOGÊNESE

15

5

PIRUVATO

HIDRÓLISE

34

9

4

23

6

ACETATO

ÁCIDOS GRAXOS

11

HIDROGÊNIO

METANOGÊNESE 70

30

ACETOTRÓFICA

HIDROGENOTRÓFICA

METANO 100% DQO

FIGURA 3 A SEQÜÊNCIA DE PROCESSOS NA DIGESTÃO ANAERÓBIA DE MACRO

MOLÉCULAS COMPLEXAS ( OS NÚMEROS REFEREM-SE A PERCENTAGENS, EXPRESSAS COMO DQO ) FONTE: PROSAB 1999

Vantagens do processo
A simplicidade na construção e operação, ocasionando um baixo investimento e custo operacional.
Baixo consumo de energia (sem aeração)
O reator RALF/UASB pode ser aplicado para qualquer população.
O excesso de produção de lodo é baixa.
O lodo produzido é bem estabilizado.
Produz Metano que poderá ser utilizado para fins energético.


A alimentação do reator pode ser paralizada por meses, sem prejuízo na eficiência do tratamento.
Os nutrientes para a irrigação são conservados.

Desvantagens do Ralf/UASB
A remoção de DBO é limitada a 70 a 80%;
O processo somente se aplica a esgotos com temperaturas maiores que 15º C ;
O processo é afetado por um grande número de compostos químicos;
As partidas das Etes levam de 3 a 4 meses;
Remoção de nutrientes é baixa;
A remoção de Coliformes e Patógenos é baixa;

Característica Técnicas e Desempenho Ralf/UASB
Parametros de Projeto


Tempo de detenção hidráulico
Vazão Média = 6 a 9 horas
Vazão Máxima = 4 a 6 horas




Velocidade Ascensional
Vazão Média = 0,5 a 0,7 m/h
Vazão Máxima = menor que 1,5 m/h








Profundidade = 4 a 6 metros Tubos difusores = 2 a 4 m2 por entrega Carga Orgânica máxima = 1 kg DBO/m3 reator Coletores de Biogás = 15 a 20% da área do reator Separador de fases
Profundidade = 1,5 a 2 metros
Inclinação das paredes = maior que 45º

Desempenho dos reatores Ralf/Uasb
Remoção de DQO 50 a 75%
Remoção de DBO 60 a 85%
Remoção de SST 60 a 85%
Remoção de Patogênicos 85 %

Custos de Investimento
Reator



Preço do m3 do reator(R$) = 200 a 500 Preço por habitante tratado(R$) = 20 a 50


Reator + sistema de entrada


Preço por habitante tratado (R$) = 30 a 60


Reator + sistema de entrada + póstratamento(f. biológico,dec., desinfecção)


Preço por habitante tratado (R$) = 70 a 180

Produção de Biogás Ralf/UASB
Produção por pessoa por dia = 5 a 20 litros
Percentual de metano = 50 a 70%
Poder calorífico do biogás = 5,9 kwh/m3


100.000 habitantes = 5900 kwh/dia
100.000 habitantes = 1000 m3/dia

BIOGÁS

ESGOTO BRUTO GRADE DESARENADOR EFLUENTE P/ RIO

UASB REATORES

LAGOA FACULTATIVA

LEITOS DE SECAGEM

LODO P/ AGRICULTURA OU ATERRO SANITÁRIO

FIG. 4 - ESQUEMA DO PROCESSO DE TRATAMENTO DA ETE KM 119 ( CAMPO MOURÃO / PARANÁ )

REATOR ANAERÓBIO DE FLUXO ASCENDENTE E MANTO DE LODO - RALF TRONCO CÔNICO PLANTA GERAL

EFLUENTE

CORTINA DEFLETORA DE ESCUMA

DESCARGA DE LODO

PAREDE DEFLETORA LONA SINTÉTICA DESCARGA DE ESCUMA

DISTRIBUIDOR CENTRAL DE VAZÃO

ENTRADA DE ESGOTO GRADEADO E DESARENADO

REATOR ANAERÓBIO DE FLUXO ASCENDENTE E MANTO DE LODO TRONCO CÔNICO CORTE

REATOR ANAERÓBIO DE FLUXO ASCENDENTE E MANTO DE LODO - UASB PLANTA

GERAL SAÍDA EFLUENTE

ENTRADA - AFLUENTE

CANALETA EFLUENTE

COLETA DE AMOSTRA

DESCARGA DE LODO

DESCARGA DE LODO

DISTRIBUIDOR CENTRAL

DESCARGA DE ESCUMA

REATOR ANAERÓBIO DE FLUXO ASCENDENTE E MANTO DE LODO - UASB CORTE TRANSVERSAL DISTRIBUIÇÃO e DESCARGA DE LODO DISTRIBUIDOR CENTRAL DE VAZÃO

LONA

D E C S A R

E D

DISTRIBUIDORES

E D A G O D LO

DESCARGA

DE

LODO

REATOR ANAERÓBIO DE FLUXO ASCENDENTE E MANTO DE LODO - UASB

QUEIMADOR

CORTE TRANSVERSAL SAÍDA DE GÁS e DESCARGA DE ESCUMA DISTRIBUIDOR CENTRAL DE VAZÃO SELO HÍDRICO SAÍDA DE GÁS - Ø 4"

SAÍDA DE GÁS - Ø 4"

DESCARGA DE ESCUMA

CURITIBA - ETE ATUBA SUL