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Os efluentes com alto teor de matéria orgânica como os esgotos domésticos e aqueles das indústrias alimentícias, de bebidas e de papel e celulose, têm um alto potencial para emissão de metano. A matéria orgânica presente nesses efluentes é expressa em termos de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), que é o principal fator determinante do potencial de geração de metano. A DBO representa a quantidade de oxigênio consumida por microorganismos na oxidação bioquímica da matéria orgânica expressa em miligramas por litro (mg/L).
O volume de esgotos gerados por pessoa depende da quantidade de água consumida, correspondendo normalmente a 80% desta. A carga orgânica unitária varia de país para país, entre 20 e 80 g DBO por habitante por dia. No Brasil, esta situa-se em torno de 50gDBO/hab.dia (Feachem, 1983). Considerando-se este fator, tem-se no Brasil a geração de 1,97 milhões de toneladas de DBO por ano.
O aumento desordenado da população e o desenvolvimento de grandes núcleos urbanos sem planejamento, sobretudo nos países em desenvolvimento, dificultam as ações de manejo de resíduos. A necessidade de disposição e tratamento é reconhecida, mas, por falta de recursos, essas ações costumam ser postergadas, provocando problemas de saúde nas populações e degradação do meio ambiente.
No Brasil, uma grande variedade de sistemas é utilizado para o tratamento de águas residuárias. Apesar disso, uma grande parcela das águas residuárias geradas é lançada diretamente nos corpos d'água sem tratamento.
Segundo os dados do último Censo sobre saneamento, a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico - PNSB - 1989 (FUNDAÇÃO IBGE, 1992), dos 4.425 municípios do país, 2.091 possuíam rede para coleta de esgoto e destes, apenas 345 possuíam algum tipo de tratamento coletivo.
1 Estação de Tratamento de Esgotos (ETE) - basicamente gradeamento, caixa de areia, decantador primário, lodos ativados e/ou filtro biológico, decantador secundário e secagem de lodo.
2 Unidade de Tratamento Preliminar: - apenas grade e caixa de remoção de areia.
3 Unidade de Tratamento Primário: - grade, caixa de areia, decantador e secagem de lodo.
Nas áreas rurais e para sistemas individuais, os tanques sépticos são bastante utilizados, por vezes seguido de filtro anaeróbio, ou ainda pela infiltração do efluente no solo.
Dentre as várias opções coletivas para o tratamento biológico, as mais utilizadas no Brasil são as lagoas de estabilização e as diversas modificações do processo de lodos ativados, particularmente aquelas que empregam o conceito de aeração prolongada e os filtros biológicos.
As lagoas aeradas têm sido bastante utilizadas em comunidades de médio porte e para alguns tipos de efluentes industriais.
Os efluentes da produção de indústria de diferentes setores como alimentos, bebidas, química, metalúrgica, têxtil, couro e celulose têm sido tratados tradicionalmente através de lagoas ou pelos processos de lodos ativados e filtros biológicos. No início dos anos oitenta existiam algumas unidades de filtros anaeróbios e nos últimos anos tem havido uma forte tendência de utilização de reatores anaeróbios, para o tratamento de efluentes industriais. Os setores que vem empregando esta tecnologia fazem uso dos benefícios que estes sistemas conferem, como baixo requerimento de área e não-necessidade de energia de aeração. Desde 1983, mais de 350 sistemas anaeróbios foram instalados.
Em alguns Estados tem havido um aumento de utilização de reatores do tipo UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket, ou Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente) para o tratamento de esgotos domésticos, como unidade única, ou seguidos de lagoa facultativa. Somente no Estado do Paraná existem mais de 220 reatores anaeróbios, tratando esgotos de cerca de 1.200.000 habitantes. Dos reatores anaeróbios instalados no Brasil, a grande maioria é do tipo UASB, mostrado na Figura 5. Esta tecnologia é muito apropriada às condições do país devido às condições climáticas favoráveis, simplicidade de construção e operação do sistema, além de não serem necessários equipamentos eletro-mecânicos de agitação e aeração e nem material de enchimento para o reator.
A produção mundial de metano gerado no tratamento de efluentes sob condições anaeróbias varia entre 30 e 40 Tg/ano. Isto representa de 8 a 11 % do total global de emissões antropogênicas de metano, estimado em 360 Tg/ano (IPCC,1995). O tratamento de efluentes industriais contribui com a maior parcela, estimada entre 26 e 40 Tg/ano.
O tratamento de esgotos domésticos e comerciais é estimada uma emissão de metano de aproximadamente 2 Tg/ano.
As incertezas destas estimativas resultam da falta de dados que caracterizam as práticas de tratamento das águas residuárias, as quantidades de esgoto que são tratados anaerobiamente, dados da quantidade de metano produzido que é queimado ou utilizado de outra forma e dados de campo das potenciais emissões de metano em lagoas de tratamento de esgoto (Thorneloe, citado no IPCC, 1995a).

Algumas considerações sobre os processos de tratamento de águas residuárias (Definições)
A degradação biológica é um dos processos mais utilizados para o tratamento de efluentes por razões econômicas. A degradação ocorre através da ação de agentes biológicos como as bactérias, protozoários e algas.
Os processos aeróbios são os mais utilizados nos países desenvolvidos. Em condições aeróbias matéria orgânica é convertida a gás carbônico, água e biomassa. A energia potencial presente nos resíduos termina na biomassa (lodo) cuja produção se torna um grande problema. No tratamento de esgotos por exemplo a disposição do lodo produzido é o fator de maior custo que também requer grandes quantidades de energia. Devido à presença nesses lodos de metais pesados e outros contaminantes, seu aproveitamento na agricultura e outras formas de disposição é difícil. Além disso, a aeração requerida para fornecer oxigênio aos microrganismos aeróbios requer grandes quantidades de energia e produz significativas quantidades de CO2.
O processo de degradação anaeróbia transforma a matéria orgânica em gás carbônico, metano, água e biomassa. A produção de biomassa é significativamente menor quando comparada aos processos aeróbios pois a taxa de crescimento dos microrganismos anaeróbios é baixa. A energia potencial do resíduo vai em parte para a biomassa e parte para o metano. Portanto o conteúdo energético existente no biogás pode ser usado em substituição a combustíveis fósseis, reduzindo o consumo destes e o conseqüente aumento da concentração de CO2, uma vez que o CO2 produzido na combustão do metano recuperado é considerado, para fins de inventário, de ciclo fechado.
A seguir são feitas algumas considerações sobre os processos de tratamento de águas residuárias empregados no Brasil

Reatores anaeróbios
Uma opção bastante interessante que vem sendo mais e mais empregada é o tratamento anaeróbio em reatores. Estes se baseiam no princípio de separação das fases sólida, líquida e gasosa, fazendo com que o lodo se acumule e seja mantido no tanque de tratamento com tempos de residência celular bastante superiores aos tempos de residência hidráulica.
a. O reator anaeróbio de fluxo ascendente e manto de lodo (reator UASB) retém o lodo pela incorporação de um decantador e um separador de gases na parte superior do reator. O esgoto é distribuído uniformemente pelo fundo do mesmo. Após passar pelo manto de lodo estabilizado, rico em bactérias anaeróbias, sofre degradação e o efluente tratado é recolhido em canaletas no topo do reator. Os sólidos se acumulam no fundo e o gás, contendo como principal componente o metano, é encaminhado para queima ou recuperação. O excesso de lodo é encaminhado para secagem e pode ser disposto em aterro sanitário ou passar por adequação para ser aproveitado como bio-fertilizante.
Os reatores UASB são sistemas compactos e de alta taxa, indicados para a recuperação eficiente do gás metano.

Figura 1. Representação esquemática de um sistema de tratamentos anaeróbio do tipo UASB

b. Os filtros anaeróbios retêm o lodo num material suporte colocado dentro do reator. Esse material pode ser de plástico, pedra, cerâmica, bambu etc.
O filtro é mantido submerso, o que garante a ausência de ar (oxigênio) e o conseqüente desenvolvimento de microorganismos anaeróbios responsáveis pela degradação da matéria orgânica.


Figura 2. Representação esquemática de um sistema de filtro anaeróbio

Lagoas de estabilização
As lagoas de estabilização, aeróbias, anaeróbias ou facultativas, são os processos de tratamento mais comumente usados nos países de clima quente. Tratam-se de grandes tanques escavados na terra, que funcionam principalmente pela ação de bactérias e algas. Nestas condições, a velocidade de oxidação biológica é baixa, requerendo grandes áreas de terreno. Quando estas são disponíveis, seus custos de operação, construção e manutenção são bastante reduzidos. As lagoas, em geral, não permitem o controle e armazenamento do gás produzido.
As lagoas de estabilização apresentam quatro tipos básicos: aeróbias, em geral rasas, com cerca de 0,50m de profundidade; anaeróbias entre 2m e 4,5m de profundidade; facultativas, com profundidade entre 1,5m a 2m; e as de maturação, com 1m de profundidade, usadas após sistemas secundários, para melhorar o efluente.


Figura 3. Representação esquemática de sistema de lagoas de estabilização

Lagoa aerada
As lagoas aeradas caracterizam-se por exigir a instalação de equipamentos mecânicos para fornecer oxigênio ao líquido. Requerem áreas menores, todavia consomem energia.

Figura 4. Representação esquemática de sistema de lagoa aerada

Lodos ativados
Esses sistemas são bastante compactos, compondo-se de decantador primário, tanque de aeração, e decantador secundário. O esgoto é sedimentado e o efluente passa para o tanque de aeração; o lodo contendo microorganismos aeróbios cresce e é recirculado, mantendo uma alta velocidade de degradação da matéria orgânica.

Figura 5. Representação esquemática do sistema de lodos ativados

Filtro biológico
Os filtros biológicos consistem de um leito de material suporte que retém os microorganismos. Os líquidos são alimentados no filtro e neste se mantém a presença de ar, o que garante o desenvolvimento de organismos aeróbios responsáveis pela degradação da matéria orgânica.

Figura 6. Representação esquemática do filtro biologico.