Há pouco mais de 20 anos apareceram no brasil trazidos pela SANEPAR, os Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente. Com esse nome só poderia ser complicado e muito bom, vamos ver a seguir que não tem nada de complicados e que são eficazes apenas se devidamente projetados, construídos e operados. Possuem a "vantagem" em relação ao TS-FAN que a operação não é tão simples o que nos obriga a dar-lhes uma maior atenção sendo esse o motivo pelo qual, via de regra, obtêm-se melhores resultados que com o TS-FAN.

O tratamento anaeróbio de esgotos, seja qual for o sistema, procura a redução dos lípidos, carbohidratos e proteínas que compõem basicamente o esgoto doméstico em metano, água e gás carbônico.

São as bactérias anaeróbias que realizam esta operação, elas tem a característica de não precisar oxigênio dissolvido na água ou no ar para viver, como os animais ou os peixes; elas "respiram" o oxigênio que faz parte das moléculas complexas e inestáveis de carbono que compõem esses lípidos, carbohidratos e proteínas (material primário),quando tiram o oxigênio rompem essas cadeias moleculares transformando-as em outras menores e estáveis que são metano, água e gás carbônico (produto final).

Existem basicamente duas famílias de bactérias, as saprofíticas, que transformam o material primário em ácidos orgânicos, e as metanogénicas, que a partir desses ácidos completam a reação de estabilização.

O que diferencía um Rafa de um sistema TS-FAN, é a maneira como são criadas e alimentadas as bactérias. No tanque séptico de um sistema TS-FAN o fluxo é horizontal e o lodo passivo em relação à fase líquida, isto é, o esgoto percorre o comprimento do tanque séptico passando por cima do lodo em digestão, os sólidos decantam e na parte inferior do TS ocorrem as reações anaeróbias descritas acima, sendo que em esta etapa agem principalmente as bactérias saprofíticas; finalmente, água, sólidos que não decantaram e ácidos orgânicos produzidos no TS passam para o FAN onde o fluxo é vertical e pode ser ascendente ou descendente, sendo que aqui a colônia de bactérias é ativa em relação a esse fluxo que atravessa a colônia formada preponderantemente por bactérias metanogénicas, completando assim o processo de estabilização da matéria orgânica.

Um Rafa é um tanque cheio de lodo com bactérias anaeróbias, o esgoto é lançado na parte superior e injetado a través de tubos por baixo desse lodo, o esgoto então sobe atravessando o manto de lodo e bactérias (biomassa) ocorrendo assim as reações de estabilização da carga orgânica.

Como vemos, aqui o lodo é ativo em relação à fase liquida e as bactérias saprofíticas e metanogénicas estão no mesmo compartimento, o que provoca uma concorrência vital na qual a tendência é de as bactérias saprofíticas levar vantagem, já que elas consomem um material altamente inestável transformando-o em ácidos orgânicos (inestabilidade intermediaria) que serve de "alimento" para as metanogénicas, sendo assim, um aumento da carga orgânica dentro do reator, favorece à população de saprofíticas que aumenta tirando espaço das metanogénicas. Isto gera um desequilíbrio nesse delicado e pequeno ecossistema cuja conseqüência imediata é o azedamento do manto de lodo, uma vez que só há transformação do material primário em ácidos orgânicos. É extremamente importante compreender esse conceito, já que em caso de azedamento se deve procurar o restabelecimento do Ph biológicamente (NUNCA quimicamente), seja limitando a concentração de carga no afluente, seja recirculando o acido. Este fenômeno se observa principalmente em Rafas utilizados para tratamento de efluentes industriais, podendo também ocorrer durante a partida de Rafas utilizados para tratamento de esgotos domésticos.

Não se espere que através de um Rafa ou um TS-FAN se obtenha um efluente completamente depurado como se poderia esperar de um sistema de lagoas de tratamento ou um sistema de lodos ativados associado a decantadores, digestores e tanques de aireação mecânica.

Qualquer sistema anaeróbio, como foi dito, promove apenas um tratamento primário reduzindo a quantidade de matéria orgânica contida nos esgotos e clarificando a água devido a:

A eficiência de um rafa se mede portanto comparando os percentuais de matéria orgânica e sólidos reduzidos durante o tratamento (antes e depois do Rafa).

Para quantificar a carga orgânica pode-se usar a DBO (demanda bioquímica de oxigênio) e/ou a DQO (demanda química de oxigênio).

DBO: É a matéria orgânica biodegradável. Representa a quantidade de oxigênio que será consumida (demanda) pelas bactérias que proliferarão a partir do lançamento do material no corpo de água.

A reposição de oxigênio também é prejudicada pelo enturbamento da água devido aos sólidos contidos nos esgotos o que dificulta a fotossínteses.

DBO5: É a DBO quantificada através de um ensaio padrão no qual se faz um cultivo (inoculação) com o material estudado e se avalia o consumo de oxigênio (oxidação bioquímica) após 5 dias.

DQO: É a quantidade de oxigênio necessária para oxidar quimicamente a matéria orgânica e inorgânica. O teste usado para quantificar a DQO determina a quantidade de matéria oxidada quimicamente através de um agente oxidante numa solução feita com o material em estudo.

Em termos de valores absolutos, a DQO sempre será maior que a DBO já que esta última diz respeito só da oxidação biológica (material biodegradável) enquanto que a DQO determina a oxidação de todo o que pode ser queimado, desde material orgânico até metais dissolvidos ou combinados na água. Os sistemas anaeróbios de tratamento só reduzem material biodegradável, por tanto o que interessa é a redução de DBO, porém devido a rapidez do ensaio da DQO (poucas horas) perante o da DBO5 (cinco dias), geralmente o parâmetro usado para acompanhar o funcionamento de uma estação de tratamento é a DQO. Não entanto, para cada caso (tipo de efluente) se deve estabelecer a relação DQO/DBO de entrada e saída fazendo periodicamente ensaios de DBO e comparando-os com a DQO da mesma amostra.

Para esgotos domésticos a relação DQO/DBO no afluente é da ordem de 1,60 a 1,70 e no efluente 2,00 a 3,00 (note-se que a remoção de DBO é maior já que o material que não é biodegradável praticamente no se oxida na biomassa).

Por exemplo, um reator alimentado exclusivamente com esgotos domésticos de 10.000 habitantes poderá ter (isto é apenas um exemplo):

DQO afluente: 0,090 kg/habitante.dia x 10.000 hab = 900 kg DQO / dia.

DBO afluente: 0,054 kg/habitante.dia x 10.000 hab = 540 kg DQO / dia.

DQO efluente: 270 kg DQO / dia - Redução 70 %.

DBO efluente: 108 kg DQO / dia - Redução 80 %.

O projeto de reatores destinados a esgotos domésticos ou a efluentes industriais é conceitualmente o mesmo, porém como as características dos efluentes são bem diferentes, os métodos de cálculo também o são.

Os efluentes industriais tem concentrações de matéria orgânica que podem ser 5 a 15 vezes maior que os esgotos domésticos e muitas vezes vem com substâncias tóxicas às bactérias anaeróbias o que obriga a um pre-tratamento mais criterioso (e caro); nos esgotos domésticos, o pre-tratamento se limita a gradeamento de sólidos grosseiros e caixa de areia.

Para tratamento de efluentes industriais, o volume (tamanho) do reator virá dado pela carga orgânica volumétrica que deve ser menor que 3.0 a 15.0 kg DQO / m3 de reator x dia, devendo-se adotar o limite menor para obter eficiências maiores.

Devido à baixa concentração, o volume (tamanho) de um reator destinado ao tratamento de esgotos domésticos virá dado pela carga hidráulica volumétrica que deve ser menor que 4.0 m3 de efluente / m3 de reator x dia (equivalente a um tempo de detenção de: 24hs / 4 = 6hs). Respeitando esse limite hidráulico, a carga orgânica volumétrica sem duvida ficará abaixo de 2.0 kg DQO / m3 de reator x dia.

Não é recomendável a utilização de Rafas para populações muito pequenas já que o sistema é muito sensível às variações de vazão; em sistemas pequenos as diferenças entre vazão mínima e máxima é maior que em sistemas grandes.

É aconselhável projetar o sistema com dois ou mais reatores em paralelo para facilitar o gerenciamento das vazões durante a partida e permitir o fechamento de um deles para eventuais trabalhos de manutenção.

No Brasil, devido às temperaturas medias serem elevadas não ha necessidade de pre-aquecimento do afluente nem do lodo.

O leito de secagem para o lodo produzido deve ser projetado com duas células tendo no total 1.50 - 2.00 m2 para cada 100 habitantes atendidos. O tamanho estará influenciado também pelo clima sendo necessário um leito maior para regiões mais frias.

Como a remoção de patogênicos num sistema anaeróbio não é eficiente, dependendo das características do corpo receptor, pode ser necessária a colocação de um sistema de cloração para desinfetar o efluente tratado. O tanque de contato deve ser projetado para um tempo de detenção de 20 - 40 minutos (para a vazão media de projeto). A dosagem de cloro deve proporcionar aproximadamente 5.0 ppm de cloro livre no efluente do tanque de contato, esto se consegue dosando aproximadamente 10 mg de cloro ativo / lt de efluente por dia.

O hipoclorito de sódio (cloro liquido) libera de 8 a 12 % em massa, de cloro ativo, em quanto o hipoclorito de cálcio (cloro granulado) libera de 60 a 70 % em massa de cloro ativo. Embora seja mais prático o manuseio de cloro granulado, o custo de cloração usando esta alternativa é superior ao dobro em relação ao hipoclorito de sódio.

Hipoclorito de sódio: 0,15 R$ / habitante x mês - Despesas com cloro (*).

Hipoclorito de cálcio: 0,34 R$ / habitante x mês - Despesas com cloro (*).

(*) Previsão de custo para desinfeção de três sistemas construídos em Fortaleza - CE:.

- Paupina e Itaperi: Rafas para 5040 habitantes.

- Lagoa Redonda TS-FAN para 1600 habitantes.

"Sistemas Simples para Tratamento de Esgotos Sanitários - Experiência Brasileira" - Cícero Onofre de Andrade Neto. Excelente trabalho que descreve os sistemas simples de tratamento de esgotos e faz uma revisão da experiência brasileira baseada numa pesquisa patrocinada pela Caixa Econômica Federal nos anos 1993 e 1994, é por tanto uma publicação atualizada. Cita também uma ampla referência bibliográfica na qual se destaca:

"Tratamento Anaeróbio de Esgotos. Um Manual Para Regiões de Clima Quente" - Adrianus C. van Haandel e Gatze Lettinga