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O que é o Tratamento Anaeróbio de Efluentes?

Aqui nessa seção vamos abordar as soluções anaeróbias aplicadas em estações de tratamento de efluentes – ETE.
De acordo como Chernicharo (2007), tratamento anaeróbio de águas residuárias é um processo biológico onde atua micro-organismos capazes de degrada os compostos orgânicos sem a presença de oxigênio atmosférico livre.
O processo anaeróbio eficaz para efluentes com alta carga orgânica, como os provenientes da indústria alimentícia, de papel e celulose, e esgoto doméstico e também para efluentes com baixa carga orgânica.
As principais características desse tratamento incluem:

• Redução de Custos Operacionais: Os sistemas anaeróbios geralmente requerem menos energia e manutenção, quando comparados com sistemas aeróbios.
• Menor Produção de Lodo: Em comparação com processos aeróbios, o tratamento anaeróbio gera menos lodo residual.
• Recuperação da Energia do Efluente: o tratamento anaeróbio de efluentes possibilita a produção de biogás, fonte de energia renovável para transição energética.

Efluentes que podem ser tratados em sistema anaeróbia

Todos os efluentes que possuem compostos orgânicos dissolvidos podem ser tratados por meio de sistemas anaeróbios. Principalmente quando há nos efluentes uma carga orgânica facilmente biodegradável.
O processo anaeróbio pode ser aplicado ao tratamento de efluentes da indústria agropecuária, indústria de bebidas e alimentos, efluentes de abatedouros e frigoríficos (linha verde e linha vermelha), efluentes de laticínios, efluentes da produção de etanol, amido, vinho, batatas, efluentes do processamento de peixes, esgoto doméstico, entre outros.
Para cada tipo de efluentes, dependendo diretamente dos parâmetros de caracterização de cada efluente, será necessária uma determinada configuração de processo de tratamento das águas residuárias e configuração do sistema anaeróbio mais adequado.

Comparação entre Sistemas Aeróbios e Anaeróbios

Ao comparar os sistemas aeróbios e anaeróbios em estações de tratamento de efluentes - ETEs, observamos que cada um apresenta condições favoráveis em determinados aspectos, podem ser aplicados isoladamente ou em conjunto para potencializar o tratamento do efluente. Compreender as diferenças entre os sistemas aeróbios e anaeróbios são fundamentais para a tomada de decisão sobre qual sistema de tratamento é ideal para cada tipo de efluente.  
Destacamos a seguir as principais diferenças entre os sistemas aeróbios e anaeróbios:

• Necessidade de oxigênio no processo: o sistema aeróbio requer aeração, enquanto o sistema anaeróbio deve evitar a presença de oxigênio atmosférico, pois este interfere no desenvolvimento dos micro-organismos anaeróbios.
• Velocidade do processo: os sistemas aeróbios geralmente são mais rápidos, tolerando maiores vazões e exigindo um tempo de retenção hidráulica (TRH) mais curto. Já o processo anaeróbio demanda um TRH maior para tratar o mesmo efluente.
• Consumo de energia: os sistemas aeróbios consomem mais energia, devido à necessidade de acionar equipamentos como sistemas de aeração. Em contraste, os sistemas anaeróbios apresentam baixo consumo energético, e o biogás gerado pode ser utilizado como biocombustível, tornando as plantas de biogás autossuficientes em energia.
• Formação de lodo: os sistemas anaeróbios produzem uma quantidade menor de lodo (manta de lodo de micro-organismos), o que representa uma vantagem em comparação aos sistemas aeróbios.
• Eficiência na remoção de DBO e DQO: a eficiência dos sistemas aeróbios é alta, podendo alcançar índices de até 98%. Nos sistemas anaeróbios, a eficiência é moderada e depende diretamente da composição do efluente e do teor de carga orgânica presente no efluente.
• Produção de biogás: sobre esse aspecto é importante destacar que apenas os sistemas anaeróbios produzem biogás (como conhecemos), que consiste em uma mistura de gases como CO₂, CH₄, H₂S e NO₃. De todos os elementos presentes na composição do Biogás, o gás metano (CH₄) é o único gás combustível. No processo aeróbio, não há produção de metano, e são gerados apenas gases como CO₂, H₂S e NO₃.

Reatores Anaeróbios: Tecnologias e Processos

Há diversas modelos e configurações de reatores anaeróbios aplicados ao tratamento de efluentes e recuperação do biogás produzido. Entre as principais tecnologias aplicadas ao tratamento anaeróbio de efluentes podemos citar alguns exemplos como:

• Lagoas anaeróbias: sistemas simples que permitem a degradação anaeróbia em grandes volumes de águas residuárias.
• Reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): Utilizam um leito de lodo denso para promover o contato entre o efluente e a biomassa.
• Reatores EGSB (Expanded Granular Sludge Bed): Uma variação do UASB que opera em condições de alta taxa de carga orgânica.
• AnMBR (Anaerobic Membrane Bioreactor): Combina o tratamento anaeróbio com membranas para melhorar a qualidade do efluente tratado.

Esses são apenas alguns exemplos. Há outros modelos de reatores anaeróbios aplicados ao tratamento de efluentes, em breve apresentaremos aqui.
Também é importante destacar a necessidade de mesclar sistemas anaeróbios e aeróbios como soluções complementares no projeto de estações de tratamento de efluentes (ETE) para águas residuárias específicas. A configuração do processo de cada ETE leva em conta os limites operacionais para determinadas faixas dos parâmetros de caracterização do efluente.
A partir da composição média do efluente será determinada o dimensionamento de cada etapa de processo, desde o projeto e a especificação da etapa de tratamento preliminar, tratamento secundário com lagoas de estabilização, sistemas de lodos ativados, filtros biológicos, tratamento anaeróbio, tratamento do lodo, lagoas de polimento, entre outros.

Benefícios dos Reatores Anaeróbios

A implementação dos reatores anaeróbios em ETEs contribui significativamente para a sustentabilidade ambiental. Eles não só tratam efluentes de maneira eficiente, mas também geram biogás, que pode ser utilizado como fonte de energia renovável.
Esse processo de “reaproveitamento” do efluente, ou melhor, de tratamento para redução da carga orgânica (poluição) e conversão em biogás, é uma ação direta de mitigação ambiental, reduzindo ou corrigindo os impactos negativos da atividade humana no meio ambiente.
Ao evitar que esses efluentes com carga orgânica causem impactos significativos ao meio ambiente, com a emissão de gases de efeito estufa, os sistemas anaeróbios promovem a valorização dos resíduos e a mitigação das mudanças climáticas.
Além disso, a redução nos custos de tratamento proporcionadas pelos sistemas anaeróbios pode resultar em benefícios econômicos diretos para empresas e comunidades que adotam essa tecnologia. Entre os diversos benefícios, selecionamos alguns para destacar:

• Sustentabilidade: Redução da pegada de carbono através da recuperação do biogás.
• Economia: Menores custos operacionais devido à redução do consumo energético e da produção de lodo (passivo ambiental).
• Eficiência: Capacidade de tratar cargas orgânicas elevadas com menor necessidade de espaço físico.
• Valorização dos Resíduos: Transformação dos resíduos em energia renovável.

Quando as características do efluente permitem aplicação de sistemas anaeróbios, o conjunto de benefícios citados fazem do tratamento anaeróbio uma solução viável e sustentável para o manejo eficiente de águas residuais em diversas indústrias.

Pioneiro no desenvolvimento de reatores UASB

Entre tantas tecnologias desenvolvidas para o tratamento anaeróbio de efluentes, citadas nessa seção, o trabalho de alguns pesquisadores foi essencial para inovação e o desenvolvimento tecnológico.
Citando o exemplo dos  reatores UASB, o trabalho de alguns pesquisadores destaca-se:

• Gatze Lettinga, um engenheiro químico holandês, é amplamente reconhecido como o pioneiro da tecnologia de reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). Seu trabalho revolucionou o tratamento de efluentes, especialmente em contextos em que a carga orgânica é elevada, promovendo uma abordagem mais sustentável e eficiente para o gerenciamento de águas residuais.
• No Brasil, o professor e pesquisador Dr. Carlos Augusto Chernicharo também se destacou por suas contribuições significativas nesse campo, promovendo a implementação dos reatores UASB em diversas aplicações.

Além dos pesquisadores citados, há outros pesquisadores com contribuições importantes para a engenharia sanitária. No Brasil, grupos de pesquisadores em diversas universidades têm contribuído para o avanço das tecnologias anaeróbias. São trabalhos desenvolvidos nas universidades como, UFMG, UFSCAR, USP, Unicamp, UFRGS, apenas para citar algumas, mas há fortes núcleos de pesquisadores em diversas universidades.

Importância da Tecnologia UASB

Sobre o desenvolvimento e a inovação dos reatores UASB é importante destacar os primórdios da pesquisa nos anos 1970, Gatze Lettinga liderou a pesquisa que resultou na criação dos reatores UASB, que utilizam um sistema de fluxo ascendente para tratar efluentes. Essa tecnologia permite que o efluente passe por uma camada de lodo anaeróbio, onde a degradação da matéria orgânica ocorre, resultando na produção de biogás. Essa inovação não apenas aumentou a eficiência do tratamento, mas também reduziu os custos operacionais.
Sobre a eficiência no tratamento de efluentes, os reatores UASB são particularmente eficazes na remoção de matéria orgânica, sendo capazes de lidar com uma ampla variedade de efluentes, desde domésticos até industriais. A tecnologia se destaca por sua simplicidade operacional e robustez, tornando-a acessível para comunidades com diferentes níveis de recursos.

Impacto Global da Tecnologia UASB

A tecnologia UASB se espalhou rapidamente por países tropicais como Brasil, Colômbia e Índia, onde as condições climáticas favorecem seu funcionamento eficiente. No Brasil a adoção dos reatores UASB foi impulsionada por algumas companhia de saneamento, que reconheceram o seu potencial para transformar o tratamento de esgotos.
Lettinga não apenas deixou um legado técnico significativo, mas também inspirou gerações futuras de engenheiros e pesquisadores a buscar soluções inovadoras para os desafios do saneamento e do tratamento de águas residuais. Seu trabalho continua a impactar positivamente a saúde pública e a qualidade ambiental em diversas regiões do mundo.

Regulamentação e Licenciamento Ambiental

Referências Consultadas

• CHERNICHARO, CA de L. et al. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias: reatores anaeróbios. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, v. 5, p. 379, 2007.
• SILVEIRA, Bruno et al. Guia técnico de aproveitamento energético de biogás em estações de tratamento de esgoto. / Probiogás ; organizadores, Ministério das Cidades, Deutsche Gesellschaf für Internationale Zusammenarbeit GmbH (GIZ). Brasília, DF. Ministério das Cidades, 2015. ISBN 978-85-7958-041-3