Análise da aplicação do sistema mbbr daniel vieira ecosan

Análise da Aplicação do Sistema MBBR
para o Tratamento de Efluentes da
Indústria de Celulose e Papel
Daniel Minegatti
Gerente Técnico
Doutorando Engenharia Ambiental – USP
daniel.minegatti@gmail.com

INTRODUÇÃO
Geração do efluente: durante a lavagem, após o cozimento e nos processos de limpeza.
Mas a principal fonte de efluente está na planta de branqueamento, produzindo efluentes
com altas cargas de DBO, DQO e, dependendo da seqüência de produção utilizada, AOX.
O setor emprega no Brasil exclusivamente madeira extraída de florestas plantadas,
conforme critérios de manejo sustentável. Atualmente, o processo kraft de produção de
celulose branqueada é amplamente aplicado e utiliza-se espécies vegetais do gênero
Eucalyptus como matéria prima.
Uma abordagem distinta é tratar os efluentes a tal ponto que a água residuária gerada pode
ser reutilizada dentro da indústria (conceito de efluente líquido zero tem sido sugerido por
indústrias de certos tipos de papel).

INTRODUÇÃO
Principais tecnologias de tratamento de efluentes aplicadas na indústria de papel e celulose:
• Remoção de sólidos grosseiros;
• Decantação primária;
• Correção de pH e temperatura e ajuste de nutrientes;
• Tratamento Secundário → Lodos Ativados, Lagoas Aeradas e atualmente MBBR.

Lodos Ativados
Decantador primário
Tanque de aeração
Retorno de lodo
Decantador secundário
E(DBO) = 30%
E(SST) = 50%
E(DBO) = 95%
E(SST) = 90%
Floco

Lodos Ativados

Lodos Ativados
DIFUSORES
AERADORES MECÂNICOS

Lodos Ativados – Dimensionamento
Relação Alimento/Microrganismo (A/M)
Razão entre o alimento presente no esgoto afluente, ou substrato, e os microrganismos no
tanque de aeração.
A/M (sistema convencional) – 0,30 e 0,60 KgDBO/KgSSVTA.d
A/M (sistema aeração prolongada) – 0,07 e 0,15 KgDBO/KgSSVTA.d
TAav VX
SQ
M
A
.
0⋅
=
Idade do lodo (θc)
Tempo médio que uma partícula em suspensão permanece em aeração. (tempo médio de
residência dos organismos ou tempo médio de detenção celular)
θc
av
uv
X V
Q" X
=
θC (sistema convencional) – 4 a 15 dias
θC (aeração prolongada) – > 18 dias

Lodos Ativados – Decantador Secundário

Lodos Ativados – Decantador Secundário
Dimensionamento: Taxa de Aplicação Superficial (TAS)
Área
Q
TAS = TAS ≤ 24 m³/m².d

Lagoas Aeradas
Aeróbias ou Mistura Completa:
• Similar ao lodos ativados (sem recirculação de
lodo)
• Quantidade e distribuição do ar deve manter uma
concentração mínima de O2 e uma mistura
completa do efluente, sem qualquer acúmulo de
material no fundo da lagoa (Potência ≈ 10 a 20
W/m3).
Facultativa:
• Mesmas características das lagoas aeradas
aeróbias, mas ocorre uma sedimentação parcial
de sólidos, no fundo, onde se processa uma fase
anaeróbia.
• Suprimento de ar deve manter de O2 na maior
parte da massa líquida, mas não suficiente para
estabelecer a mistura completa (Potência ≈ 2 a 5
W/m3).

Lagoas Aeradas

Lagoa de Sedimentação (ou decantador)
• Remove SS e DBO do efluente da Lagoa Aerada
• TDH recomendado: 1 – 2 dias (85 – 90% de SS)
• Tempo sedimentação: 2 – 3 horas
• Acúmulo de lodo com remoção de 2 a 4 anos

Lagoas Aeradas – Dimensionamento
Pode-se projetar por meio da estimativa da eficiência de remoção de DBO solúvel ou, na
prática, adotando um valor para o TDH.
TDHk
DBO
DBO
afluente
Efluentesol
×+
=
1
.
Q
Vol
TDH =
Ex.: L.A. Aeróbia Ex.: Qualquer Tipo de Lagoa

Lagoas Aeradas – Dimensionamento
Parâmetros L.A. Aeróbia L.A. Facultativa
Controle SS L. Sedimentação -
SST 100 – 400 mg/L 50 – 200 mg/L
Profundidade 2,5 – 5,0 m 2,5 – 5,0 m
TDH < 5 dias 5 – 12 dias
Idade do Lodo < 5 dias Elevada
Eficiência (DBO)
50 – 60% (LA)
90 – 95% (LA + LS)
70 – 80%
Densidade de Potência > 10 W/m³ > 3 W/m³

MBBR – Histórico da Tecnologia
1988 → autoridades de Controle de Poluição da Noruega induziram o desenvolvimento de
projetos de ETEs que ao mesmo tempo apresentassem dimensões compactas e elevada
capacidade de tratamento → objetivava ampliação da capacidade de tratamento de
grande quantidade das ETEs de pequeno porte existentes (aproximadamente 70% do
total);
Empresa norueguesa Kaldnes Miljoteknologi A/S + Universidade da Noruega → iniciou o
desenvolvimento do processo MBBR → combinação entre processos de biomassa
aderida e em suspensão;
Outono de 1992, ØDEGAARD et al., (1993) → primeiros experimentos MBBR →
resultados satisfatórios principalmente em função da otimização da capacidade do reator
a partir do aproveitamento dos volumes existentes.

MBBR – Princípios da Tecnologia
Combinação entre sistemas dos tipos biomassa liquida em suspensão (lodos ativados) e
biomassa aderida (biofilme);
O MBBR utiliza todo seu volume para o crescimento da biomassa (aderida + suspensão)
→ pode não necessitar de reciclo ou até decantação secundária;
A maior concentração de biomassa no reator permite o aumento da decomposição da
matéria orgânica carbonácea e da conversão de compostos nitrogenados → resulta em
menores volumes de reator biológico;
A biomassa cresce no meio suporte e se move livremente no reator;
Por meio de um arranjo de “peneira/grade” → possível manter o meio suporte no seu
interior.

Aeróbio, Anaeróbio ou Anóxico
• Aeróbio: movimentação do meio suporte → agitação de ar;
• Anaeróbio ou anóxico: movimentação do meio suporte → misturador/agitador.

A decomposição da matéria orgânica e a conversão dos compostos nitrogenados →
mesmo princípio de qualquer reator aeróbio (mais aplicado em MBBR)

MBBR é importante um biofilme bem
distribuído em toda área superficial do
meio suporte ( 100µm) ;
MBBR o choque entre os meios
suportes devido a turbulência no
interior do reator → fator de
cisalhamento e desprendimento da
biomassa aderida.
Biofilme formado nos meio suportes

MBBR – Meio suporte
O material usado → polietileno ou polipropileno; densidade: 0,95 – 1,0 g/cm³;
ODEGAARD et al. (1994) propõe que as dimensões dos suportes com densidade de 0,95
g/cm³ sejam: diâmetro de 10 a 20 mm; largura de 7 a 30 mm;
Diferentes configurações dos meios suporte → diferentes áreas de contato → maior ou
menor potencial para aderência de biomassa em função do arranjo e desenho geométrico
da peça;
A área específica da peça é um fator de grande importância (Fabricante) → Kaldnes,
Aqwise, Veolia, Dregremont e AMBIO.

Kaldnes
Veolia
Degremont
Aqwise
Ambio

Área Superficial Específica → relação entre a área de efetiva aderência do meio suporte e
o volume por ele ocupado → “empolamento”.
Área Superficial Específica = produto entre área superficial de efetiva aderência e a
quantidade de meios suporte efetivamente contida por unidade de volume = 1 m³.
Quantidade de peças a ser adicionada ao reator → percentual do seu volume = 40 a 70%
(ODEGAARD et al,1994; RUSTEN et al, 1993) → na prática = 20 a 60%.
MBBR – Meio suporte

Algumas das equações utilizadas:
MBBR – Dimensionamento
arriesÁreaTotalC
DBOaC
COS
afluente )(arg
=
Q
Vol
TDH =

Metodologia
Considerou-se os parâmetros contidos na Tabela abaixo para uma indústria fictícia de
celulose com produção anual de 1.000.000 toneladas.
Estimativas de custos obtidas de acordo com Von Sperling (2007) e Jordão & Pessôa
(2009) → custos m³ esgotos domésticos tratados → correlação com efluente de C&P.
Tecnologias avaliadas:
• MBBR + Lagoa Aerada Aeróbia (LA)
• MBBR + Lodos Ativados (LAT)
• Lagoa Aerada Aeróbia (LA)
• Lodos Ativados (LAT)
Tipo/Parâmetro
Vazão DQO DBO SST AOX N Total P Total
(m³/tsa) (kg/tsa) (kg/tsa) (kg/tsa) (kg/tsa) (kg N/tsa) (kg P/tsa)
Polpa Branqueada 30 a 50 8 a 23 0,3 a 1,5 0,6 a 1,5 < 2,5 0,1 a 0,25 0,01 a 0,03

Resultados e Discussão
Adotado:
Assim, as características do efluente a ser avaliado são:
Produção/Parâmetro
Vazão DQO DBO SST
(m³/tsa) (kg/tsa) (kg/tsa) (kg/tsa)
1.000.000 ton (ano) 40 15,5 0,9 1,05
Vazão DQO DBO SST
(m³/d) (ton/d) (ton/d) (ton/d)
109.589 1.699 99 115

MBBR + LA
MBBR
Lagoa Aerada
Aeróbia
Lagoa de
Polimento
Dec. Primário

MBBR + LAT
MBBR
Lodos
Ativados
Dec. Primário
Dec. Secundário

LA
Lagoa de
Polimento
Dec. Primário
Lagoa Aerada
Aeróbia

LAT
Lodos
Ativados
Dec. Primário
Dec. Secundário

Resumo do dimensionamento dos processos:
Processos Área (m²) Pot. Instalada (HP) Lodo (kg/d)
MBBR + Lagoa Aerada 170.364 9.531 6.703
MBBR + Lodos Ativados 18.698 9.769 5.794
Lagoa Aerada 192.396 5.879 6.429
Lodos Ativados 16.633 4.756 + 476 (1) 16.000
Obs.: Parâmetro p/ LA foi razão A/M → θc foi muito elevada.
(1) Estimativa da potência para recirculação de lodo.
Não foi avaliado o tratamento e destino do lodo e, a sua qualidade.

Análise de Custo:
• O custo de instalação MBBR + Lodos Ativados → pouco superior ao Lodos Ativados, devido a aquisição
de maiores sopradores de ar e dos meios suporte do processo MBBR (≈ R$ 3.500,00 / m³);
• O custo de operação MBBR + Lodos Ativados → pode ser um pouco inferior ao Lodos Ativados, devido à
baixa produção de lodo → menor recírculo e trat. de lodo (contudo, não foi avaliado);
• O custo da instalação MBBR + Lagoa Aerada quando comparada com a opção Lagoa Aerada dependerá
muito do valor da área, apesar do custo de aquisição dos sopradores de ar e dos meios suportes para o
sistema MBBR, principalmente para fabricas em áreas mais restritas;
• O custo de operação MBBR + Lagoa Aerada → superior ao da alternativa Lagoa Aerada devido
especialmente ao requisito de energia do sistema de aeração do MBBR.
Processos Para Instalação (R$) Para operação/ano (R$)
Lagoa Aerada 93.500.000 4.950.000
Lodos Ativados 132.000.000 11.000.000

Conclusões (tecnologia MBBR)
Os parâmetros de projetos a serem utilizados são principalmente a COS e o TDH,
entretanto é de suma importância saber qual a Efetiva Área Superficial Específica dos meios
suporte principalmente quando se aplica o reciclo de lodo (IFAS);
Existe um elevado requisito de energia para aplicação desta tecnologia;
Custo dos meios suportes é atualmente extremamente elevado;
A produção de lodo deste processo é bastante atraente do ponto de vista econômico e
ambiental.

Conclusões (dimensões e análise de custo)
O processo MBBR trabalhando conjuntamente com outras tecnologias possuiu vantagem expressiva
ora na produção de lodo, ora na área requerida para instalação da ETE → redução do custo para
operação e/ou instalação;
O custo energético para manutenção da tecnologia MBBR é um fator que deve ser bem avaliado
durante o estudo de viabilidade econômica da ETE quando comparada as outras tecnologias;
A instalação do processo MBBR é uma excelente opção para upgrade de uma ETE ou para o caso já
esteja prevista uma ampliação futura. Isto se justifica pelo fato de que dependendo do upgrade que irá
realizar, deverá apenas remodelar/reestruturar o sistema de aeração, e para o caso de uma ampliação
precisará somente, desde que sejam obedecidos os princípios básicos de projeto, a aquisição de mais
meios suporte.
Deve-se avaliar também a questão do lodo, pois representa uma elevada importância em uma ETE,
segundo VESILIND (1980) apud SPELLMAN (1997) representa 40% dos custos de implantação, 50%
dos custos de operação e 90% dos problemas operacionais.

Agradecimentos
Consultora Dra. Janine Minegatti
Advogada Ambiental
daniel.minegatti@gmail.com

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