10.5 Metodologia para quantificar o desempenho de redução de lodo e mineralização

Para determinar a digestão do tratamento de lodo aquapônico em biorreatores aeróbios e anaeróbios, é necessário seguir uma metodologia específica. Apresenta-se no presente capítulo uma metodologia adaptada para fins de tratamento de lamas aquapónicas. Equações específicas foram desenvolvidas para quantificar com precisão seu desempenho (Delaide et al. 2018), que devem ser utilizadas para avaliar o desempenho do tratamento aplicado em uma planta aquapônica específica.

Para avaliar o desempenho do tratamento, uma abordagem de balanço de massa precisa ser alcançada. Exige que as TSS, a CQO e as massas de nutrientes sejam determinadas para todas as entradas do reactor (isto é, lamas frescas) e saídas (ou seja, efluentes). O conteúdo do reator também deve ser amostrado no início e no final do período estudado. A entrada, a saída e o teor dos reactores têm de ser perfeitamente misturados para a recolha de amostras. A entrada e a saída do reactor devem basicamente ser amostradas sempre que os reactores forem alimentados com lamas frescas.

Em seguida, o desempenho da redução das lamas do reator (η) pode ser formulado da seguinte forma:

$\ eta_s = 100% (1- (\ Delta S + S_ {out}) /S_ {in}) $ (10.6)

em que ΔS é o lamo interior do reactor no final do período estudado menos o do início do período, Ssubout/Sub é o lodo total que deixou o reactor na saída, e Ssubin/Sub é o lodo total que entrou no reactor através da entrada.

Para a redução orgânica, as lamas (ou seja, o termo S) podem ser caracterizadas pela massa seca de lamas (ou seja, TSS) ou pela massa de oxigénio necessária para oxidar as lamas (ou seja, CQO). Assim, para os desempenhos de redução da CQO e do TSS, quanto menor for a acumulação e menor for a quantidade na saída, maior será o desempenho de redução (isto é, percentagem elevada) e, portanto, menos sólidos descarregados para fora do circuito.

Com base no mesmo balanço de massas, o desempenho de mineralização de nutrientes do tratamento (π), ou seja, a conversão em iões solúveis dos macro e micronutrientes presentes nas lamas sob formas não dissolvidas, pode utilizar-se a seguinte fórmula:

$\ zeta_n = 100% ((DN_ {out} -DN_ {in})/(TN_ {in} -DN_ {in}) $ (10.7)

onde π é a recuperação de N nutriente no final do período estudado em percentagem, DNsubout/sub é a massa total de nutriente dissolvido na saída, DNsubin/sub é a massa total de nutriente dissolvido na entrada e TNsubin/sub é a massa total de nutrientes dissolvidos mais não dissolvidos no fluxo de entrada.

Assim, à semelhança do desempenho de redução orgânica, quanto menor for a acumulação no interior do reator e o teor de nutrientes não dissolvidos na saída, maior será o desempenho de mineralização (isto é, elevada percentagem) e, portanto, o nutriente dissolvido recuperado no efluente (ou saída) para a cultura aquapônica fertilização (ver exemplo 10.1). As equações de balanço de massa apresentadas são usadas na caixa de exemplo.

Exemplo 10.1

O desempenho de digestão de um biorreator anaeróbio de 250 L foi avaliado por um período de 8 semanas. Foi alimentado uma vez por dia com 25 L de lamas frescas provenientes de um sistema Tilapia RAS, e o volume (ou saída) equivalente sobrenadante foi removido do biorreator. As lamas frescas (input) tinham um TSS de 10 g de massa seca (DM) por litro ou 1%, e o sobrenadante (saída) tinha um SST de 1 gDm/l ou 0,1%. O TSS dentro do biorreator no início e no final do período foi de 20 Gdm/l. Consequentemente, o total de entradas, saídas e dentro do biorreator durante o período avaliado é calculado da seguinte forma:

DM em = 0.01 kg/LD $\ vezes $25 L $\ vezes $7 dias $\ vezes$ 8 semanas = 14 kg

DM out = 0.001 kg/LD $\ vezes$ 25 L $\ vezes $7 dias $\ vezes$ 8 semanas = 1.4 kg

DM para = DM tf = 250 L $\ vez$ 0,02 kg/L = 5kg

O desempenho de redução do TSS (ηTSS) do biorreator pode então ser calculado do seguinte modo:

$\ bold {\ eta} _ {TSS} =100% (1- ((5-5) +1.4) /14) = 90\ %$

O desempenho de mineralização do biorreator P pode ser avaliado sabendo que as lamas frescas (entrada) tinham uma concentração de P dissolvido de 15 mg/L e um teor total de P de 90 mg/L. A concentração de P dissolvido no sobrenadante (saída) foi de 20 mg/L. Consequentemente, o teor total de P na entrada, o total de P dissolvido nas entradas e saídas durante o período avaliado são calculados do seguinte modo:

TP em = 0.090 g/Ld $\ vezes $25 L $\ vezes $7 dias $\ vezes$ 8 semanas = 126 kg

DP em = 0.015 g/Ld $\ vezes$ 25 L $\ vezes $7 dias $\ vezes$ 8 semanas = 21 kg

DP out = 0.020 g/Ld $\ vezes$ 25 L $\ vezes $7 dias $\ vezes$ 8 semanas = 28 kg

O desempenho de mineralização P (subp/sub) do biorreator pode então ser calculado do seguinte modo:

$_p = 100% ((28 - 21)/(126 - 21)) = 6,67\ %$