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Segundo a USEPA (1999), o reator sequencial de fluxo intermitente na terminologia inglesa conhecida como: "Sequencing Batch Reactor" (SBR), é um sistema de tratamento de lodo ativado que consiste na incorporação de todas as unidades e operações de tratamento de lodos ativados operado em apenas um

tanque. Funciona como um decantador primário, um decantador secundário e oxidação biológica em um único tanque, onde esses processos e operações passam em sequências no tempo e não em unidades separadas. Metcalf e Eddy, (2016) citam ainda que os reatores em batelada sequencial são de mistura completa, e que o licor misto permanece no reator durante todos os ciclos do tratamento.

A tecnologia de tratamento constituído por reatores sequenciais de fluxo intermitente não é nova, mas foi só a partir de 1960, que melhorias da metodologia no sistema de aeração e na automação permitiram que competissem com êxito com os sistemas de lodos ativados de fluxo contínuo. (USEPA1999; METCALF e EDDY, 2016)

Wang e Li (2009) citam que os sistemas SBRs, representam uma variação do processo de lodos ativados e como qualquer outra variante, funciona através do desenvolvimento de uma cultura mista de bactérias que é eficaz na remoção de matéria orgânica e nutriente.

Segundo Artan e Orhon (2005), o processo de lodos ativados em bateladas, incorpora um tanque com volume variável. O volume total do reator (VT) é composto por duas frações controláveis independentes, a primeira, chamada de volume estacionário (V0), composto basicamente pelo lodo sedimentado (Vs) e volume de efluente residual, e a segunda, que é o volume de enchimento e retirada (VF) de cada ciclo, conforme ilustra a Figura 3.5.

Figura 3.5: Representação esquemática do sistema de lodos ativados em bateladas

De acordo com os Von Sperling (2014) e Metcalf e Eddy, (2016) o princípio de funcionamento consiste na incorporação de todas as unidades de processos e operações normalmente associadas ao tratamento convencional em um único tanque. Assim, esses processos e operações passam a serem simplesmente sequências no tempo, e não unidades separadas como ocorre nos processos convencionais de fluxo contínuo. A ocorrência sucessiva de todas as fases compõe o que se denomina um ciclo. O tempo do ciclo (Tc) é igual ao tempo de enchimento mais os de reação (aeração), sedimentação, descarte do sobrenadante e ou lodo e de espera para novo enchimento. O número de ciclos ocorrendo em um tanque é a razão entre as 24 horas do dia e o tempo de 1 ciclo: N = 24/Tc.

De acordo com a USEPA (1999) e Metcalf e Eddy, (2016) os ciclos operacionais de tratamento conforme são apresentados na Figura 3.6 são os seguintes:

1. Enchimento: O esgoto bruto, ou primário, alimenta e enche o tanque até o

nível superior de operação. O ciclo de enchimento pode ser controlado por válvulas de boias até o volume preestabelecido ou por temporizadores para sistemas com mais de um reator. A fase de enchimento pode incluir várias fases de operação e está sujeita a vários modos de controle, denominados enchimento estático, (introdução do esgoto sem mistura ou aeração), enchimento com mistura (onde os microrganismos são mantidos em contato com o substrato afluente por meio de agitação mecanizada, podendo-se manter condições anóxicas ou anaeróbias) e enchimento com aeração (onde tanto a mistura quanto à aeração são introduzidas ao mesmo tempo);

2. Aeração: O tratamento da água residuária com o tanque cheio e os

aeradores ligados. O objetivo do estágio é completar as reações iniciadas durante o enchimento. Neste período não há entrada de efluente no reator. Esta fase pode compreender a mistura, aeração, ou ambos, pois, como no caso da etapa de enchimento, os processos desejados podem requerer ciclos alternados de aeração. A duração da fase de reação pode ser controlada por temporizadores, pelo nível do líquido ou pelo grau de tratamento desejado, por meio de monitoramento do conteúdo do reator;

3. Sedimentação: Os aeradores são desligados, e os sólidos em suspensão no

interior do tanque, até uma determinada altura de manta de lodo, deixando a água clarificada na parte superior do reator. Esta separação é análoga à operação de um decantador secundário em uma ETE de fluxo contínuo. A clarificação dos esgotos tratados em um sistema intermitente pode manifestar eficiência superior à de um decantador de fluxo contínuo, devido ao maior repouso do líquido, sem a interferência de entrada e saída de líquidos;

4. Retirada do Efluente: O efluente clarificado é retirado do reator durante esta

fase. As estruturas utilizadas no esvaziamento podem ser fixas ou flutuantes, mas as últimas são mais adequadas, pois podem acompanhar o nível d’água, extraindo sempre a camada mais superficial e, portanto, mais clarificada;

5. Repouso: Nesta fase o lodo permanece em repouso, após a retirada do sobrenadante, antes de novo enchimento; e, na maioria dos casos, é quando se procede ao descarte do lodo ativado em excesso.

Figura 3.6: Ciclo do processo de operação intermitente

Fonte: Adaptado de Metcalf e Eddy (2016)

A USEPA (1999) recomenda uma duração de ciclo operacional total de 4 a 6 horas para sistemas convencionais; e de 6 a 8 horas para sistemas com remoção biológica de nutrientes.

Segundo WEF (2010b), Singh e Srivastava (2011), são destacadas as seguintes vantagens em relação aos sistemas de lodo ativado convencional:

 Pode ser relativamente melhor em termos de remoção de matéria orgânica em relação aos sistemas convencionais. Mais de 90% de remoção de demanda bioquímica de oxigênio (DBO) foi relatada enquanto os processos convencionais são capazes de remover 60-95% de DBO;

 Eliminação do retorno do lodo no processo;

 Aumento da área de decantação;

 Eficiência na sedimentação;

 Demanda de consumo de energia controlada,

 Eliminação do curto circuito hidráulico na operação de sedimentação;

 Possibilidade de trabalhar com elevadas carga orgânica e choques hidráulicos;

 Forma simplificada de construção; utilização de equipamentos mais simplificados, o que permite a instalação de unidades menores dispensando assim, elevatórias e emissários de grandes portes;

 Capacidade de equalizar os fluxos e carga;

 Alternativa viável aos sistemas de fluxo contínuo na remoção de nutrientes biológicos com a introdução de reações anaeróbicas, anóxicas e aeróbicas em um único tanque durante um ciclo de tratamento.

As referidas vantagens são as principais razões para o interesse na utilização de sistemas de fluxo intermitente.

Em comparação também aos sistemas de lodo ativado convencional as limitações são descritas como:

 Necessidade de vários reatores para tratar fluxo de longa duração;

 Descarga intermitente do efluente tratado, o que pode exigir a instalação de tanques de equalização para atender exigências legais;

 Potencial entupimento dos dispositivos de aeração durante os ciclos (dependência do sistema de aeração fornecido pelo fabricante);

 Alto potencial de manutenção no sistema de automação;

 Em algumas configurações dos SBRs o descarte de lodos é realizado em maior frequência na fase de sedimentação.

Singh e Srivastava (2011), realizaram uma revisão nos artigos científicos nos últimos anos e relataram que as pesquisas publicadas em ampla maioria estimulavam modificações ao processo com o objetivo de atingir a remoção de nutrientes. Essas modificações referem-se tanto à forma de operação do sistema quanto à sequência e duração dos ciclos associados a cada fase do processo.

3.5 Biorreatores com Membranas em Reatores Sequenciais em Fluxo