RALF, Reator Anaeróbio de Manto de Lodo e Fluxo

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