UASB (Up-flow Anaerobic Sludge Bed) é um tipo de reator anaeróbico inventado pelo professor Lettinga, da Holanda, na década de 1970. É um dos reatores anaeróbicos eficientes mais utilizados atualmente. É amplamente utilizado para o tratamento de águas residuais orgânicas de média e alta concentração, como álcool, cerveja, matadouro e esgoto doméstico.
A água residual entra no reator uniformemente pela parte inferior e flui para cima através do leito de lodo contendo lodo granular ou floculento. Em condições anaeróbicas, os microrganismos decompõem a matéria orgânica e produzem biogás composto principalmente de metano e dióxido de carbono. As bolhas de gás aderem às partículas de lodo e formam um fluxo misto de "gás-líquido-sólido" que sobe até o topo.
Visão geral do princípio fundamental
No reator UASB, as águas residuais são introduzidas no fundo do reator tão uniformemente quanto possível, e as águas residuais fluem para cima através do leito de lodo contendo lodo granular ou floculento. As reações anaeróbicas ocorrem quando as águas residuais e as partículas de lodo entram em contato. O metano e o dióxido de carbono produzidos em condições anaeróbicas causam circulação interna, o que favorece a formação e manutenção de lodo granular.
Geração e Separação de Gás
Alguns dos gases formados na camada de lama aderem às partículas de lama e sobem para o topo do reator. O lodo que sobe à superfície atinge o fundo da placa de emissão de gás do separador trifásico, fazendo com que as bolhas de gás aderidas sejam dessorvidas. Após a liberação do gás, as partículas de lodo se depositarão na superfície do leito de lodo, enquanto o gás é coletado na câmara de coleta de gás do separador-trifásico.
A função do separador-trifásico
O separador-trifásico é o equipamento mais importante do reator UASB, instalado na parte superior do reator e dividindo o reator em uma zona de reação inferior e uma zona de sedimentação superior. Seu principal objetivo é separar efetivamente o biogás produzido do leito de lodo. Especialmente em condições de alta-carga, uma placa refletora é colocada abaixo da câmara de coleta de gás para evitar que o biogás escape através dos espaços entre as câmaras de coleta de gás para a câmara de sedimentação. Os defletores também ajudam a reduzir a turbulência líquida causada pela alta taxa de produção de gás na câmara do reator.
Circulação e Reação de Lodo
Os flocos de lodo acumulados no separador-trifásico irão, até certo ponto, exceder a força de atrito que os mantém na parede inclinada e deslizar de volta para a zona de reação. Esta parte do lodo reagirá com a matéria orgânica recebida. O princípio do sistema USAB é formar flocos de lodo com bom desempenho de sedimentação e combiná-lo com o sistema de sedimentação de lodo instalado no reator para separar gás, líquido e sólido, formando e mantendo lodo com bom desempenho de sedimentação (lodo granular ou floculento), ponto fundamental para o bom funcionamento do sistema USAB.
Tabela de parâmetros do reator anaeróbico UASB
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Parâmetros |
Faixa recomendada |
Explicação/Impacto |
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Temperatura |
35–38 graus; |
Efeitos da atividade microbiana |
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Valor de pH |
6,8–7,8 (ideal 7,0–7,2) |
Muito baixo leva à acidificação; muito alto inibe bactérias metanogênicas |
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Taxa de carregamento orgânico (OLR) |
5–20 kgDQO/(m³·d), até 30–50 |
Águas residuais altamente degradáveis podem usar um valor mais alto |
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Tempo de Residência Hidráulica (TRH) |
Várias horas a vários dias (dependendo da qualidade da água) |
Efluentes-de alta concentração requerem um TRH mais longo |
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Velocidade de fluxo ascendente |
0.5–10 m/h |
Controla o volume do lodo e o efeito de mistura |
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Concentração de Lodo (SSV) |
10–30 g/L |
Alta concentração é propícia para manter o lodo granular |
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Alcalinidade |
1.000–5.000 mg/L |
Tampona o pH e evita o acúmulo de ácido |
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Taxa de remoção de COD |
70%–90% |
Depende da concentração do afluente e das condições operacionais |
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Volume de produção de gás |
~0,35 m³/kgDQO |
O gás anaeróbico contém 60%–80% de metano |
Cenários de aplicação de reatores anaeróbios UASB
Indústria de alimentos e bebidas
Para águas residuais com alto DQO geradas por usinas de álcool, cervejarias, fábricas de ácido cítrico e fábricas de processamento de suco, o UASB pode efetivamente remover a matéria orgânica e recuperar a energia do metano.
Indústria farmacêutica
Para águas residuais orgânicas difíceis de-degradar-produzidas durante a produção de antibióticos, penicilina, vitaminas, etc., ele tem sido aplicado com sucesso em grandes projetos de empresas farmacêuticas.
Indústria de papel e amido
Para águas residuais com alto teor de sólidos em suspensão e carga orgânica, apresenta excelente resistência ao choque e eficiência de tratamento.
Águas residuais de gado e matadouros
Aplicável para tratamento de águas residuais de gado e aves e tratamento de águas residuais de matadouros, o que pode reduzir significativamente o conteúdo de DQO e nitrogênio amoniacal.
Tratamento de esgoto doméstico
Especialmente adequado para esgoto doméstico urbano ou rural de baixa a média concentração, com vantagens óbvias em economia de energia e redução de lodo.
Águas residuais médicas e químicas
Usado para tratar águas residuais médicas contendo poluentes orgânicos e algumas águas residuais químicas, combinadas com processos aeróbicos subsequentes, podem atingir descarga padrão.
Características do Reator Anaeróbico UASB
O leito de lodo do reator anaeróbio UASB possui grande biomassa, com concentração de até 20-30 g/L. A taxa de carregamento volumétrico é relativamente alta. Em condições de fermentação mesófila, geralmente fica em torno de 10 kg DQOcr/(m³·d). O tempo de retenção hidráulica das águas residuais no reator é curto, o que pode efetivamente remover a matéria orgânica nas águas residuais industriais. A taxa de remoção de DQO pode chegar a mais de 90%.
O reator anaeróbio UASB não necessita de tanque de sedimentação ou dispositivo de retorno de lodo. Nenhum enchimento é necessário e nenhum dispositivo de agitação mecânica é necessário na zona de reação. Isso economiza investimento em equipamentos e consumo de energia operacional. Além disso, a produção de lodo é baixa, reduzindo o custo do tratamento do lodo.
Pode adaptar-se a grandes flutuações na qualidade e quantidade de águas residuais industriais e tem uma forte tolerância a flutuações significativas na concentração de DQO. Pode operar de forma estável até certo ponto.
Pode converter matéria orgânica em águas residuais em biogás. O biogás tem alto valor de utilização e pode ser utilizado como combustível para geração de energia, aquecimento, etc., conseguindo reciclagem e aproveitamento de energia.
O reator anaeróbico UASB integra reação biológica e separação de sedimentação. Geralmente, também é necessário um dispositivo de agitação. O fluxo ascendente e o fluxo ascendente gerado pelo biogás desempenham o papel de agitação. A estrutura é simples e a operação e manutenção são convenientes.
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