Estudo do tratamento de efluente de indústria sucroalcooleira empregando reator anaeróbio de leito fixo em escala piloto

No processo de produção de etanol são geradas quantidades significativas de vinhaça, uma água residuária caracterizada por elevada concentração de matéria orgânica, pH ácido e concentrações significativas de potássio e sulfato. A vinhaça é aplicada no solo para a fertirrigação, visando o reaproveitamento de água e nutrientes. Entretanto, esse procedimento pode apresentar impactos negativos, como a acidificação do solo e contaminação de águas subterrâneas, se a vinhaça for aplicada em excesso. Assim, a digestão anaeróbia é uma alternativa para o tratamento desse efluente, pois é capaz de reduzir a concentração de matéria orgânica e recuperar energia na forma de biogás, mantendo os teores de nutrientes da vinhaça. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar a viabilidade de aplicação de um reator anaeróbio de leito fixo empacotado (Anaerobic Packed-Bed Reactor, APBR) no tratamento de vinhaça. O reator APBR em escala piloto (volume útil de 194,5 L) operou com vinhaça durante 90 dias com carga orgânica volumétrica de 5,0 kgDQO.m-3.d-1, vazão de 8,1 L.h-1 e tempo de detenção hidráulica de 24 h. A eficiência média de remoção de DQO total foi de 72,1% até o 23° dia de operação, momento em que ocorreu a redução simultânea de pH e temperatura afluente, contribuindo para a redução no desempenho do processo. Durante a operação do reator, observou-se que não houve remoção de nutrientes (nitrogênio e fósforo), mantendo o poder fertilizante da vinhaça. Ensaios de biodegradabilidade anaeróbia foram realizados para avaliar a cinética de degradação de matéria orgânica, redução de sulfato e produção de metano utilizando diferentes concentrações de matéria orgânica (1,0; 2,5 e 5,0 gDQO.L-1) e lodo proveniente do próprio reator. Os resultados demonstraram que a biomassa foi capaz de degradar matéria orgânica, reduzir sulfato e produzir metano nas condições avaliadas, sendo que na concentração de 5,0 gDQO.L-1 foram constatadas as maiores velocidades. A análise dos dados experimentais de produção cumulativa de metano e remoção de DQO foi realizada utilizando-se o modelo ADM1 (Anaerobic Digestion Model Number 1). Os parâmetros otimizados no modelo forneceram a concentração de biomassa, composta predominantemente por arqueias metanogênicas acetoclásticas e bactérias consumidoras de ácido propiônico. De forma geral, o modelo foi capaz de representar a tendência de remoção de matéria orgânica e a produção cumulativa de metano ao longo do ensaio. Por fim, realizou-se a modelagem a fim de simular o comportamento da DQO efluente do reator, utilizando para isso dois conjuntos de parâmetros otimizados no ADM1 e os dados de monitoramento do reator APBR. Concluiu-se, a partir dos resultados dessa modelagem, que o tempo de detenção hidráulica empregado na operação do reator foi insuficiente para alcançar as remoções desejadas. Apesar disso, o reator propiciou um ambiente favorável ao desenvolvimento dos microrganismos anaeróbios metanogênicos e o processo de digestão anaeróbia mostrou-se, novamente, como uma alternativa viável para o tratamento da vinhaça.