Comportamento de reactores anaeróbios tratando a fracção orgânica dos resíduos sólidos urbanos

Abstract

Esta tese teve como objectivo principal o estudo do comportamento de digestores anaeróbios tratando a fracção orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU), em conjunto com lamas biológicas secundárias (LS) de estações de tratamento de águas residuais (ETAR). A FORSU é composta normalmente por resíduos de cozinhas e de jardim entre outros resíduos orgânicos. Este estudo insere-se no contexto da redução da deposição destes resíduos em aterro, fruto das limitações legais, que determinam o fomentar do desenvolvimento de novas abordagens tecnológicas e de gestão para este tipo de resíduo. Por outro lado, o aumento da produção de lamas secundárias (LS), decorrente do aumento do número de estações de tratamento de águas residuais, também impõe um aumento da capacidade de tratamento deste resíduo, podendo a solução passar pela codigestão dos dois resíduos, alternativa atraente do ponto de vista técnico, económico e ambiental por constituir uma resposta conjunta aos dois problemas, com ganhos de eficiência. Ensaios descontínuos de biodegradabilidade anaeróbia demonstraram a maior biodegradabilidade da FORSU em comparação com as LS. As misturas com menor concentração de sólidos (2% ST) e uma percentagem de FORSU de 75% (base seca) garantiam a estabilidade do processo de co-digestão a nível de pH e ácidos orgânicos voláteis (AOVs), com elevados rendimentos em termos de produção de metano, remoção de sólidos totais voláteis (STV) e remoção de carência química de oxigénio (CQO), pelo que estas condições foram consideradas as que apresentavam as maiores sinergias no processo de co-digestão da FORSU e da LS. Usando dois reactores anaeróbios continuamente agitados para tratar a mistura referida, um reactor alimentado de forma contínua e o outro reactor alimentado de forma semi-contínua, não foram encontradas diferenças significativas entre os seus desempenhos, tendo sido atingidas cargas orgânicas de 19 Kg(CQO).m-3 .dia-1 e reduções de sólidos totais voláteis (STV) e carência química de oxigénio (CQO), superiores a 50%, sem que se verificassem efeitos inibitórios. Foi possível ajustar o modelo ADM1 (Anaerobic Digestion Model nº 1) aos resultados da operação de ambos os reactores, descontínuo e contínuo, nomeadamente em parâmetros como a produção de biogás, CQO e STV. Esta tese demonstrou que a co-digestão de FORSU com LS é um processo viável e permite obter bons desempenhos, tanto em reactores descontínuos, contínuos ou semi-contínuos, especialmente para teores de sólidos baixos.

The main goal of this thesis was the study the behaviour of anaerobic reactors treating the organic fraction of municipal solid waste (OFMSW) and waste activated sludge (WAS). OFMSW is mainly composed of garden, kitchen and other organic wastes. This study is in agreement with the need to reduce the amount of organic waste disposal on landfill sites and to develop new technologies for their treatment, in order to accomplish with the new legislation. On the other hand, there will be an increase on WAS production in the forthcoming years, due to the increasing number of wastewater treatment plants (WWTP) to be built. The solution for the treatment of both wastes can be the co-digestion in the same reactor and facility, as an answer for both problems, with higher efficiencies due to synergisms and an attractive solution with respect to technical, economic and environmental points of view. First of all, batch essays have shown the higher anaerobic biodegradability of the OFMSW used, when compared with WAS. The best synergies in the codigestion process came from the mixture with 75% OFMSW (total solids basis) and the lower TS content (2 %ST). These conditions guarantee the process stability in what concerns pH and volatile fatty acids (VFA) accumulation, as well as good results for methane production, total volatile solids (TVS) and chemical oxygen demand (COD) removals. It was found no significative difference in the behaviour of the two stirred tank reactors with different feeding mode (continuous and semi-continuous). Reactors performance were almost the same, with a maximum organic loading rate (OLR) of 19 kg(COD).m-3.day-1, and TVS and COD reductions higher than 50%, without any inhibitory effects. It was possible to use the ADM1 (Anaerobic Digestion Model 1) to adjust the experimental results, especially for methane production, and TVS and COD profiles. This thesis have shown that co-digestion of OFMSW and WAS is a viable process with a good performance, either using batch, continuous or semicontinuous reactors, especially in wet conditions (2% TS content).