Pré-tratamento do excesso de lodo ativado visando posterior estabilização anaeróbia : estudo de caso : efluente da produção de gelatina

Abstract

Este trabalho tem como objetivo estudar a utilização das tecnologias de lise alcalina utilizando hidróxido de sódio como reagente químico e lise térmica utilizando temperaturas de 60 ºC, 90 ºC e 120 ºC no pré-tratamento do excesso de lodo ativado gerado em uma indústria produtora de gelatina. Procurou-se obter a melhor eficiência na solubilização de matéria orgânica, avaliar a eficiência na degradação anaeróbia do lodo lisado, e propor a utilização da metodologia desenvolvida como pré-teste de curta duração na avaliação e escolha de tecnologias utilizadas no pré-tratamento de lodo. A metodologia está subdividida em duas etapas: (a) o estudo da utilização de tecnologias de lise forçada, alcalina e térmica, do excesso de lodo ativado; e (b) a avaliação da degradação anaeróbia do excesso de lodo lisado. No estudo da lise alcalina, testou-se o efeito da solubilização na matéria orgânica utilizando as concentrações de hidróxido de sódio de 20, 30, 40, 50, 60 e 80 meq/L.Verificou- se também a influência do pH na solubilização do lodo. No estudo da lise térmica, verificou- se o efeito as temperaturas de 60°C, 90°C e 120°C no aumento da solubilização do excesso de lodo. Utilizaram-se estas temperaturas com o objetivo de comparar o efeito da lise em reatores abertos operados em pressão atmosférica (60°C e 90°C) com reatores que operam em pressão superior a atmosférica (120°C). Utilizou-se o teste de AME com objetivo de verificar o potencial de degradação anaeróbia do excesso de lodo aeróbio bruto e pré-tratado química e termicamente. Os testes foram realizados com o auxílio do respirômetro anaeróbio. Diferente do teste de AME convencional, que utiliza acetato de sódio como substrato, em cada rodada do teste utilizaram-se diferentes tipos de substrato: (a) lodo tratado quimicamente com pH 11; (b) lodo tratado termicamente com temperatura de 90°C; e (c) lodo tratado termicamente com temperatura de 120°C. Utilizaram-se também duas concentrações de biomassa bacteriana, 6.000 mg/L e 8.000 mg/L de SVT. Em todos os testes comparou-se a produção de metano e a AME obtida pela biodegradação do lodo bruto com a obtida pela biodegradação do lodo lisado. Na lise alcalina a dosagem de 80 meq/L apresentou solubilização de 40,60%, sendo este o melhor resultado entre as dosagens utilizadas, entretanto, com a dosagem de 60 meq/L, obteve-se maior rendimento na solubilização da matéria orgânica com menor consumo de reagente. O melhor resultado na solubilização da matéria orgânica para diferentes valores de pH, com relação DQOsolúvel/DQOtotal foi de 41,10%, obtido em pH 12, porém, não severificou diferença significativa entre a solubilização gerada em pH 11 (solubilização de 33,96%) e pH 12. Desta forma, a utilização do pH 11 na solubilização da matéria orgânica apresenta maior viabilidade econômica. A lise térmica a 120°C por 30 minutos apresentou o melhor resultado de solubilização, com relação DQOsolúvel/DQOtotal de 49,73%. As lises a 60°C e 90°C apresentaram solubilização de 17,05% e 28,01%, respectivamente. No teste de AME observou-se que com a utilização de lodo lisado como substrato obteve-se aumento no volume de metano produzido. O maior valor na AME, 8,44 mg DQO/g SVT.h, ocorreu quando o excesso de lodo ativado foi lisado termicamente a 120°C. Observou- se também que o aumento do volume de metano foi superior a três vezes obtido pela lise química e pela lise térmica a 90°C e superior a quatro vezes na lise térmica a 120°C, confirmando o aumento da biodegradabilidade após pré-tratamentos térmico e químico. A avaliação da AME provê uma medida direta e confiável da biometanização obtida pelos tratamentos químico e térmico do excesso de lodo ativado.

This work has as objective to study the utilization of the alkaline lysis technologies using sodium hydroxide as chemical reagent and thermal lysis using temperatures of 60ºC, 90ºC e 120ºC in the pre-treatment of the excess of activated sludge generated in a gelatin manufacturing treatment plant. It was proposed to obtain the better efficiency in the solubility of organic matter, to evaluate the efficiency of anaerobic degradation of the pre-treated sludge, and propose the utilization of the developed methodology as a short time pre-test in the evaluation and selection of technologies utilized in the pre-treatment of the sludge. The methodology is subdivided in two steps: (a) the study of the utilization of the forced lysis technologies, alkaline and thermal, of the excess of activated sludge; and (b) the evaluation of the anaerobic degradation of the pre-treated sludge. In the study of the alkaline lysis, a solubility of organic material effect was tried using the concentrations of the sodium hydroxide of 20, 30, 40, 50, 60 e 80 meq/L. The influence of the pH in the solubility of the sludge was also verified. In the study of the thermal lysis, the effect of the temperatures 60°C, 90°C e 120°C was verified in the increase of the solubility of the excess of sludge. These temperatures were used with the objective of comparing the effect of the lysis in open reactors operated in atmospheric pressure (60°C e 90°C) with reactors that operate in pressure higher than the atmospheric pressure (120°C). SMA test was utilized to verify the potential of anaerobic degradation of the excess of raw aerobic sludge and sludge pre-treated chemically and thermically. The tests were held with the help of an anaerobic respirometer. Different from the SMA conventional test, that uses sodium acetate as substrate, in each round of the test, different types of substrate were used: (a) sludge treated chemically with pH 11; (b) sludge treated thermically under temperature 90°C; and (c) sludge treated thermically with temperature of 120°C. Two concentrations of biomass were used, 6,000 mg/L e 8,000 mg/L of TVS. In all tests the production of methane and the SMA obtained by the biodegradation of raw sludge was compared to the production obtained by the biodegradation of the pre-treated sludge. In the alkaline lysis the dosage of 80 meq/L showed solubility of 40.60%, this being the best result among used dosages, although, with the dosage of 60 meq/L, a greater response was obtained with the solubilization of the organic matter with less consumption of reagent. The best result in solubility of organic matter for different values of pH, relating to CODsoluble/CODtotal of 41.10%, was obtained using pH 12, therefore, a significative difference was not verified between the solubility generated by the pH 11 (solubility of 33.96%) and pH 12. This way, the utilization of pH 11 in solubility of the organic matter presents a higher economic viability. The thermal lysis at 120°C for 30 minutes showed the best result in solubility, relating to CODsoluble/CODtotal of 49.73%. The lysis at 60°C and 90°C showed solubility of 17.05% and 28.01%, respectively. In the SMA test, an increase in the volume of the methane produced with the use of pre-treated sludge as substrate was noted. The largest value in the SMA, 8.44 mg COD/g TVS.h, ocurred when the excess of activated sludge was thermically pre-treated at 120°C. What was also noted was an increase of methane volume three times superior in the chemical lysis and the thermal lysis at 90°C and four times greater in the thermal lysis at 120°C, confirming the increase of biodegrability after the chemical and thermal pre-treatments. The SMA evaluation provides a direct and trustworthy measure of the biomethanation obtained through thermal and chemical treatments of the excess of activated sludge.