Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2016-03-03T12:40:27Z No. of bitstreams: 2 PDF - Lincoln Soares Mota.pdf: 2256154 bytes, checksum: fefc535e26fd0e60e8d3a07ab15ace28 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-03T12:40:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 PDF - Lincoln Soares Mota.pdf: 2256154 bytes, checksum: fefc535e26fd0e60e8d3a07ab15ace28 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-06-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Biological treatment has proven, over the years, a viable alternative for treating wastewater. In the period of over a century that apply biological systems they have developed several processes that made it possible to diversify the goal of treatment, as well as greater efficiency and lower cost. The system displays versatility is probably the activated sludge system. This dissertation addresses the construction and activated sludge systems operation, sequencing batch system (RBS), to obtain the best operating conditions favoring the removal of organic matter and nitrogen from municipal wastewater. The essence of this work is a comparison between two types of systems, with simultaneous nitrification and denitrification and another with distinct zones for nitrification and denitrification. It was also emphasized the influence of automation in these reactors for the operation of treatment systems with minimal human intervention. As conclusion the system with simultaneous nitrification and denitrification is effective for nitrogen removal when operated with a concentration of dissolved oxygen between 0.2 mg / L and 0.3 mg / L. The spreadsheet models developed for systems proved to be an important tool for designing RBS reactors for nitrogen removal. Control of mixed liquor recirculation flow in the system with separate zones is of paramount importance to maintain stable operation of the system and with the proper treatment capacity. Comparing the two configurations studied reactors it is noted that both have the potential to favorably nitrogen removal, but the system with simultaneous nitrification and denitrification had better removal capacity. / O tratamento biológico vem se mostrando, ao longo dos anos, uma alternativa viável para o tratamento de águas residuárias. No período de mais de um século que se aplicam sistemas biológicos, se desenvolveram vários processos que possibilitaram uma diversificação do objetivo do tratamento, além de maior eficiência e menor custo. O sistema que exibe maior versatilidade é, provavelmente, o sistema de lodos ativados. O presente trabalho de dissertação aborda a construção e operação de sistemas de lodo ativado, em regime de bateladas sequenciais (RBS), para obtenção das melhores condições operacionais que favoreçam a remoção de material orgânico e nitrogênio de águas residuárias municipais. A essência do trabalho é uma comparação entre dois tipos de sistemas, um com nitrificação e desnitrificação simultâneas e outro com zonas distintas para nitrificação e desnitrificação. Também foi dada ênfase à influência da automatização nestes reatores para operação dos sistemas de tratamento com a mínima intervenção humana. Como conclusão tem-se que o sistema com nitrificação e desnitrificação simultâneas é eficiente para remoção de nitrogênio quando operado com concentração de oxigênio dissolvido entre 0,2 mg/L e 0,3 mg/L. As planilhas modelos desenvolvidas para os sistemas mostraram ser uma ferramenta importante para projetar reatores RBS para remoção de nitrogênio. O controle da vazão de recirculação de licor misto no sistema com zonas separadas é de fundamental importância para manter a operação do sistema de forma estável e com a capacidade de tratamento adequada. Comparando as duas configurações de reatores estudadas verifica-se que ambos possuem potencial de tratamento favorável para remoção de nitrogênio, mas o sistema com nitrificação e desnitrificação simultâneas apresentou melhor capacidade de remoção.

Recentemente foi desenvolvido na Europa o processo conhecido por Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (NDS), em que o lodo ativado opera com tempo de retenção de sólidos suficientemente altos para que a nitrificação ocorra mesmo com baixa concentração de oxigênio dissolvido nos tanques de aeração, situação em que é possível a manutenção de condições anóxicas no interior dos flocos e a ocorrência da desnitrificação. Em países de clima tropical, muitas estações de tratamento de esgoto foram construídas ou estão sendo projetadas para operarem sob as condições da variante do processo de lodo ativado conhecida por aeração prolongada, reconhecidamente eficiente na remoção de matéria orgânica e na nitrificação do esgoto. Tais estações podem ser adaptadas para estas novas condições, de forma a se obter o benefício técnico da desnitrificação e o ganho econômico relativo à redução no consumo de energia elétrica para aeração. Este estudo avaliou as condições de remoção de nitrogênio via NDS em um sistema de lodo ativado com aeração prolongada alimentada em fluxo contínuo com diferentes idades do lodo 40, 30 e 20 dias, tratando esgoto sanitário. O processo de tratamento permaneceu estável durante todo o período de observação. Os resultados experimentais demonstram que é possível manter baixas concentrações de OD no tanque de aeração em uma faixa relativamente estreita (0,3-0,8 mg.L-1), e, consequentemente desenvolver os processos de nitrificação e desnitrificação sob as mesmas condições (NDS) com alta eficiência e estabilidade. A remoção de DQO e DBO foi acima de 90 por cento . Os valores de crescimento específico máximo (m20) das bactérias autotróficas nitritantes e nitratantes, resultaram muito próximos aos descritos na literatura, sendo para a idade do lodo de 20 dias os valores de 0,68 d-1 para as bactérias nitritantes e de 0,62 d-1 para as bactérias nitratantes. Os valores das taxas de utilização máxima de amônia foram maiores do que as obtidas com o nitrito e, pode-se observar que o acúmulo de nitrato devido à diminuição da amônia foi mais rápido do que o com nitrito. Desse modo, conclui-se que a nitrificação foi governada pelas bactérias autotróficas nitritantes. A taxa de utilização de nitrato foi maior tendo como substrato material rapidamente biodegradável. Confirmando que a disponibilidade de carbono tem papel fundamental nas taxas de desnitrificação no processo de NDS / It was developed in Europe the process known as Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) in activated sludge that operates with a SRT, high enough for nitrification to occur, even with low concentration of dissolved oxygen in the aeration tanks. Such situation in the tanks is possible to maintain anoxic conditions inside the flocs and to have the occurrence of denitrification. In countries with tropical climate, many sewage treatment plants have been built or are being designed to operate under the conditions of the variant of the activated sludge process known as extended aeration, admittedly effective in removing organic matter and nitrification of the sewage. Such plants may be adapted to these new conditions in order to obtain the technical benefit of denitrification and economic gain on the reduction in energy consumption for aeration. This study aimed at assessing the conditions of nitrogen removal by SND in a system of extended aeration activated sludge in a continuous flow, with different SRT of 40, 30 and 20 days, treating sewage. The process of treatment remained stable throughout the observation period. The experimental results show that it is possible to maintain low DO concentrations in the aeration tank in a relatively narrow range (0.3 to 0.8 mg.L-1), and hence develop the processes of nitrification and denitrification under the same conditions (NDS) with high efficiency and stability. The BOD and COD removal was above 90 per cent . The values of maximum specific growth (m20) of bacteria autotrophic nitrites and nitrates, are the result very similar to those described in the literature, for the sludge age of 20 days the values of 0.68 d-1 for nitrites bacterium and 0,62 d-1 for nitrates bacterium. The values of the maximum utilization rates of ammonia were higher than those obtained with the nitrite and can be observed that the accumulation of nitrate of ammonia due to the decrease was faster than with nitrite. This way, it was concluded that nitrification was ruled by autotrophic nitrites. The utilization rate of nitrate was higher as substrate material readily biodegradable. Confirming that the availability of carbon performs a fundamental role in the denitrification rates in the process of SND

Introdução sistemas de tratamento de esgotos, quando aplicados ao tratamento de lixiviado de aterro sanitário, não têm apresentado bons resultados. Por conta disso, faz-se necessário o desenvolvimento de alternativas para o tratamento de lixiviado. Objetivo avaliar o pós-tratamento de lixiviado de aterro sanitário por wetland construído de fluxo subsuperficial horizontal e reator biológico de leito móvel (RBLM). Materiais e métodos foram realizados dois experimentos com tratamento de lixiviado após remoção de amônia por dessorção. No experimento 1 utilizou-se wetlands construídos de fluxo horizontal em escala de bancada (volume total de 30,8 L), plantados com Cyperus papyrus, Heliconia psittacorum e Gynerium sagittatum, e um controle sem vegetação, preenchidos com pedrisco calcário. O sistema foi alimentado com lixiviado diluído em água em diferentes proporções (entre 10 por cento e 30 por cento ) com concentração média de DQO entre 336 e 750 mg.L-1 e nitrogênio amoniacal (N-NH4) entre 47 e 199 mg.L-1. A operação ocorreu em três etapas: (1ª) alimentação contínua e TDH médio entre 2,7 e 5,3 d; (2ª) regime de ciclos de recirculação do efluente, para avaliar o efeito do aumento de TDH para 21 dias; (3ª) alimentação contínua de duas unidades wetlands em série, visando elevar o TDH (entre 8,1 e 9,9 d) sem recirculação. O experimento 2 foi implantado em escala piloto, com uma unidade de dessorção de amônia seguida de um Reator Biológico de Leito Móvel (RBLM) e um biofiltro anóxico. O RBLM (volume efetivo de 380 L) foi preenchido em 50 por cento com anel pall. Resultados e discussão No experimento 1, obteve-se baixa remoção de DQO com médias inferiores a 40 por cento e concentração final entre 270 e 750 mg.L-1. No entanto, verificou-se remoção de N-NH4, principalmente na 2ª e 3ª etapas, com médias de remoção entre 43 por cento e 81 por cento , resultando em concentração de 20 a 223 mg.L-1, com influência do TDH. No experimento 2, problemas técnicos durante a instalação e operação inicial e interdição do campus da USP-Leste prejudicaram a adaptação do reator e impediram o seu monitoramento por tempo suficiente para geração de dados consistentes, sendo interrompido na fase inicial. Conclusões A baixa eficiência para DQO provavelmente está relacionada à recalcitrância do lixiviado, ou devido à inibição dos microrganismos por toxicidade. Quanto ao N-NH4, infere-se que o aumento do TDH proporcionou maior tempo de difusão de oxigênio para o sistema wetland, suprindo a demanda das bactérias heterotróficas, o que possibilitou utilização do oxigênio excedente pelas nitrificantes, culminando na oxidação do N-NH4. / Introduction sewage treatment systems, when applied to the treatment of landfill leachate, have not shown good results. Thus it is necessary to develop alternatives for the treatment of leachate. Objective To assess the post-treatment of landfill leachate by horizontal subsurface flow constructed wetland and moving bed biofilm reactor (MBBR). Materials and methods Two experiments were conducted with treatment of the leachate after removal of ammonia by stripping. In experiment 1, horizontal flow constructed wetlands, at bench scale (total volume of 30.8 L), planted with Cyperus papyrus, Heliconia psittacorum and Gynerium sagittatum, and a control without vegetation, were filled with calcareous gravel. The system was fed with leachate diluted in water with different proportions (between 10 per cent and 30 per cent ) with mean COD concentration of between 336 and 750 mg.L-1 and ammonia nitrogen (NH4-N) between 47 and 199 mg L-1. The operation was divided in three stages: (1st) continuous feeding with mean HRT between 2.7 and 5.3 d; (2nd) regime of effluent recirculation to evaluate the effect of increasing the HRT to 21 days; (3rd) continuous feeding with two wetlands units in series, aimed HRT increasing (between 8.1 and 9.9 d) without recirculation. Experiment 2 was implemented on a pilot scale, with a unit of ammonia stripping followed by MBBR and an anoxic biofilter. The MBBR (380 L working volume) was filled 50 per cent with pall ring. Results and discussion In experiment 1, the COD removal was low, with averages below 40 per cent , with effluent concentration between 270 and 750 mg.L-1. However, there was removal of NH4-N, especially in the 2nd and 3rd stages, with average removal between 43 per cent and 81 per cent , resulting in concentration between 20 and 223 mg.L-1, with HRT influence. In experiment 2, technical problems during the installation and initial operation and interdiction of the campus of USP-Leste disrupted the reactor acclimation and precluded the monitoring for sufficient time to generate consistent data for discussion. Conclusions The low efficiency for COD is probably related to the recalcitrance of the leachate, or due to inhibition of microorganisms by toxicity. For NH4-N, it is inferred that the increase of the HRT provided greater time for diffusion of oxygen to the wetland system, meeting the demand of heterotrophic bacteria, which allowed the use of excess oxygen by nitrifiers, culminating in the oxidation of NH4-N.

A presente pesquisa teve como objetivo principal a avaliação do desempenho de um reator de leito expandido (159,0 \'M POT.3\'), em escala plena, operado sob condições anaeróbia e anaeróbia-aeróbia sobrepostas, tratando esgoto sanitário. Como objetivos específicos, foi avaliado o uso de areias comerciais para complementação do leito de partículas, bem como a distribuição do material suporte ao longo da altura do reator. Além disso, houve a simulação da flotação do efluente do sistema a fim de otimizar a eficiência na remoção de sólidos, visto pela ineficiência do sistema na separação dos sólidos biológicos. Dentre os materiais selecionados para compor o leito de partículas, foi escolhida a areia com tamanho médio dos grãos igual a 0,69 mm e massa específica de 2690 kg.\'M POT.-3\'. Esta pesquisa foi dividida em duas etapas experimentais, sendo que a primeira o sistema foi operado somente sob a condição anaeróbia, enquanto na segunda, o sistema foi submetido à condição anaeróbia e aeróbia sobrepostas. Para a primeira etapa, o sistema obteve maior eficiência na remoção de matéria orgânica, com TDH de 14 horas, quando foi removido 0,84 kgDQObruta/\'M POT.3\'.dia, sendo que foi aplicado 1,26 kgDQObruta/\'M POT.3\'.dia. As eficiências médias de remoção de DQObruta, DQOfilt, DBObruta, DBOfilt, SST e SSV foram de 65%; 64%; 80%; 70%; 58% e 69%. O efluente apresentou, em média, 245 mgDQObruta/L, 117 mgDQOfilt/L, 104 mgDBObruta/L, 76 mgDBOfilt/L; 88 mgSST/L e 69 mgSSV/L. O grau de amonificação obtido foi de 90%, evidenciando a potenciabilidade do sistema na conversão de matéria nitrogenado orgânico em amoniacal. Para a segunda etapa, a maior eficiência na remoção de matéria orgânica foi obtida com TDH de 16 horas, quando foi removido 0,29 kgDQObruta/\'M POT.3\'.dia, sendo que foi aplicado 0,84 kgDQObruta/\'M POT.3\'.dia. As eficiências médias de remoção de DQOfilt e DBOfiltr foram de 80% e 95%, respectivamente. O efluente apresentou, em média, 72 mgDQOfiltr/L, e 13 mgDBOfiltr/L. O grau de amonificação obtido foi de 85%, no entanto houve baixa eficiência na oxidação do \'N\'-amoniacal, no máximo 25%, sendo que as concentrações máximas no efluente foram de 4 mg\'N\'-\'NO IND.2\'POT.-\'/L e 2 mg\'NO IND.3\'POT.-\'/L, respectivamente. Em relação à distribuição do material suporte, foi verificada que a proporção de carvão ativado granular e carvão antracitoso foi superior em relação à areia, nos diferentes pontos de coleta, sendo que essa proporção tendeu a se reduzir ao longo das amostragens, além disso, foram verificadas que as características do fluxo não estão adequadas para proporcionar a fluidificação/expansão do leito de partículas. Os melhores resultados obtidos na simulação da flotação do efluente, quando foi aplicada recirculação com concentração de ar de 17,5 mgar/Lam, e velocidade ascensional de 10 cm/min. As eficiências de remoção de SST; SSF; SSV; DQO, cor e turbidez obtidas foram de 64; 82; 62; 62; 53 e 73%, respectivamente. O efluente flotado apresentou 63 mgSST/L; 5 mgSSF/L; 59 mgSSV/L; 127 mgDQObruta/L, 431 uC e 29 uT. / This present research had as main objective the evaluation of the performance of a full scale expanded bed reactor (159.0 \'M POT.3\'), operated under anaerobic and overlapping anaerobic-aerobic, treating sanitary wastewater. As specific objectives, it was evaluated using commercial sand to complement the bed of particles and distribution of material support along the height of reactor. Besides, it was simulated the flotation of the effluent system in order to optimize the efficient removal of solids, due to inefficiency of the system in the separation of biological solids. Among the materials selected to compose the bed of particles was chosen with the average size of sand grains equal to 0.69 mm and density of 2690 kg.\'M POT.-3\'. This research was divided into two experimental stages, the first being that the system was operated only under the anaerobic condition, while the second, the system was submited to anaerobic and aerobic conditions overlaped. For the first step, the system achieved greater efficiency in removing organic matter, with hydraulic detention time of 14 hours, when it was removed from 0.84 kgCODraw/\'M POT.3\'.day, which was applied 1.26 kgCOD/\'M POT.3\'.day. The mean removal efficiencies of DQOraw, DQOfiltered, BODraw, BODfiltered, TSS and VSS were 65%; 64%; 80%; 70%; 58% and 69%. The effluent had an average of 245 mgCODraw/L; 117 mgCODfiltered/L; 104 mgBODraw/L; 76 mgBODfiltered/L; 88 mgTSS/L and 69 mgVSS/L. The ammonification obtained was 90%, demonstrating the potencial of the system in the conversion of organic matter into ammonia nitrogen. For the second stage, the most efficient in the removal of organic matter was obtained with hydraulic detention time of 16 hours when it was removed from 0.29 kgCODraw/\'M POT.\'3.day, which was applied 0.84 kgCODraw/\'M POT.3\'.day. The mean removal efficiencies of CODfiltered and BODfiltered were 80% and 95%, respectively. The effluent had an average of 72 mgCODfiltered/L, and 13 mgBODfiltered/L. The ammonification obtained was 85%, however there was low efficiency in oxidation of ammonia-\'N\', at most 25%, and the maximum concentrations in the effluent were 4 mg\'N\'-\'NO IND.2\'POT.-\'/L and 2 mg\'N\'-\'NO IND.3\'POT.-\'/L, respectively. Regarding the distribution of material support, it was found that the proportion of activated granular carbon and anthracite carbon was higher on sand, in different points of collection, whereas this proportion tended to drop over the sample, moreover, was found that the characteristics of the flow are not adequate to provide fluidization/expansion of the bed of particles. The best results obtained in the simulation of the flotation of the effluent when it was applied with recirculation of air concentration of 17.5 mgair/Lsample, and ascension velocity of 10 cm/min. Removal efficiencies of TSS; FSS; VSS; COD, color and turbidity were obtained from 64; 82; 62; 62; 53 and 73%, respectively. The effluent had 63 mgTSS/L; 5 mgFSS/L; 59 mgVSS/L; 127 mgCODraw/L; 431 uC and 29 uT.

O objetivo deste trabalho foi o de avaliar o desempenho de um reator de leito estruturado submetido à aeração intermitente (LEAI) na remoção de matéria orgânica e nitrogênio de esgoto sanitário. O reator apresentava um volume total de 11,6 L, com uma porosidade do leito de 52%. O leito estruturado era composto de 13 estruturas cilíndricas (diâmetro igual a 3 cm) de espuma de poliuretano, dispostas verticalmente no interior do reator. A alimentação do reator era feita continuamente com esgoto sanitário, sendo este proveniente de um interceptor de esgoto que passava próximo ao laboratório onde o sistema foi montado. O reator era provido de sistema de recirculação interna, com razão de recirculação igual a 3, valor este adotado após a realização de ensaios hidrodinâmicos. Foram testadas 4 condições operacionais diferentes, variando-se o tempo de detenção hidráulica (TDH) e os períodos de aeração e não aeração. Para cada condição operacional, foram feitos os seguintes estudos: avaliação da eficiência de remoção de matéria orgânica e nitrogênio, determinação da atividade nitrificante e desnitrificante, determinação do número mais provável (NMP) da comunidade nitrificante e desnitrificante, perfis temporais e análise da comunidade microbiana. O sistema apresentou elevada remoção de N-total, com valores médios de 80% para valores de TDH de 12 e 10 horas, sob 2 horas de aeração e 1 hora sem aeração. Com a diminuição do TDH para 8 horas, houve queda na eficiência do sistema para 70% (mantendo-se os períodos de aeração de 2 horas e não aeração de 1 hora). Alterando-se o período de aeração para 3 horas, mantendo-se em 1 hora o período sem aeração, o reator apresentou eficiência média de remoção de N-total de 79% com o TDH de 8 horas. A remoção de DQO foi elevada em todas as fases, com valores médios em torno de 90%. Os resultados da atividade nitrificante e desnitrificante foram condizentes com valores encontrados na literatura para sistemas que operam com remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio. Os perfis temporais mostraram que não houve variação nas formas de nitrogênio (N-NH4+, N-NO2- e N-NO3-) no efluente, apesar da operação sob a aeração intermitente devido ao grau de mistura imposto pela recirculação interna. A concentração de sólidos no efluente foi relativamente baixa quando comparada à concentração de efluentes de reatores de biomassa suspensa, com valor máximo de SSV igual a 108mgSSV.L-1. A presença do Metazoário Aelosomas sp no efluente do reator indica um possível consumo do lodo excedente no reator por esses microrganismos. As análises microbiológicas mostraram uma elevada abundância relativa de gêneros aeróbios facultativos, capazes de utilizar N-NO3- e N-NO2- como receptor de elétrons na ausência de oxigênio. Também se verificou a presença do gênero Comamonas sp em elevada abundância relativa. Esse gênero apresenta microrganismos capazes de realizar a nitrificação heterotrófica e a desnitrificação aeróbia. No entanto, os ensaios realizados não permitem inferir sobre a ocorrência desses processos. Desse modo, os processos convencionais de nitrificação e desnitrificação, tanto pela estratificação do biofilme devido à formação de gradiente de concentração de oxigênio dissolvido, quanto devido à aeração intermitente, certamente tiveram papel preponderante na remoção de nitrogênio. Os resultados obtidos permitem considerar o reator LEAI como uma alternativa tecnicamente viável para a remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio de esgotos sanitários. / This study aimed at evaluating the organic matter and nitrogen removal from sewage in a structured bed reactor subjected to intermittent aeration. The reactor had a total volume of 11.6 L and bed porosity of 52%. Thirteen polyurethane foam cylinders of 3 cm diameter and 60 cm height were fixed vertically inside the reactor using PVC rods. The reactor was continuously fed with sewage collected from a sanitary sewer passing near the laboratory where the system was assembled. The reactor was provided with internal recirculation system with a recirculation ratio at 3, a value adopted after conducting hydrodynamic tests. Four different operating conditions were tested, varying the hydraulic retention time (HRT) and aeration and non-aeration periods. Nitrogen and organic matter removal efficiencies, nitrifying and denitrifying activities, and the most probable number (MPN) of nitrifying and denitrifying communities were evaluated for each operational condition. The reactor presented a Total-N removal efficiency of 80%, at HRT of 12 hours and 10 hours and aerated and non-aerated periods of 2 hours and 1 hour, respectively. With decreasing the HRT to 8 hours, the Total-N removal efficiency decreased to 70% for the same aeration and non-aeration periods. After increasing the aerated period to 3 hours and keeping the non-aerated periods of 1 hour and HRT of 8 hours, the system attained the Total-N removal efficiency of 79%. COD removal efficiencies were about 90% in all operational condition. Nitrifying and denitrifying activities were similar to those found in the literature for systems presenting simultaneous nitrification and denitrification, and carbon removal. No variation in nitrogen forms (NO3--N, NO2--N and NH4+-N) was observed during a cycle of intermittent aeration. The solids concentration in effluent was relatively low compared to the concentration of suspended-growth biomass reactors, with a maximum value of VSS of 108 mgVSS.L-1. The presence of the metazoan Aelosomas sp in the effluent in all operational conditions indicated a possible use of the excess sludge in the reactor by these microorganisms. Microbiological analysis showed a high relative abundance of aerobic/facultative microorganisms, capable to use NO3--N and NO2--N as electron acceptor in the absence of oxygen. It was also verified the presence of the genus Comamonas sp with high relative abundance. This genus presents microorganisms able to perform heterotrophic nitrification and aerobic denitrification. However, the assays do not allow us to infer the occurrence of these processes. Thus, the conventional processes of nitrification and denitrification certainly played a preponderant role in nitrogen removal both by the stratification of the biofilm due to the formation of a concentration gradient of dissolved oxygen, as due to the intermittent aeration. The results allow considering the reactor as a viable technological alternative for the simultaneous removal of organic matter and nitrogen of sewage.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carla Limberger Lopes_protegido.pdf: 1510356 bytes, checksum: 558cae02592904f9e836e71f9aa4036f (MD5) Previous issue date: 2011-07-01 / This study aimed to evaluate the influence of air flow (0.25, 0.50 and 0.75 L.min-1.Lreator-1) and cycle time (11.35 h, 15.15 h and 18.25 h) in the performance of a sequencing batch reactor (SBR) to promote nitrification and denitrification of wastewater from slaughterhouse's poultry and refrigerator. The operation included the steps of feeding, aerobic and anoxic reaction, sedimentation, discharge and rest. SBR was operated on a laboratory scale with a working volume of 4 L, keeping 25% of biomass retained in the reactor as an inoculum for the next batch. The "manipueira" was added as a carbon source at the beginning of anoxic phase in order to keep the C: N ratio between 5 and 6. During this process, parameters monitored included: pH, alkalinity, dissolved oxygen and temperature. It was developed a factorial design (22) with five repetitions at the central point to check the influence of the response variable removal of total inorganic nitrogen (NH4+-N + NO2--N + NO3--N) in the whole process (%). Data were analyzed with 95% confidence, and experimentally, a higher removal of total inorganic nitrogen (85.75%) on average was observed when using air flow of 0.50 L.min-1.Lreator-1 in time cycle of 15.15 h. However, there was no statistically significant factor for the air flow, and during the progress of study, this variable was kept stable at 0.25 L.min-1.Lreator-1 while the cycle time was gradually increased until efficiency in the removal of constant nitrogen could be observed, which occurred at time 15.1 h with 92.78% in removal efficiency of total inorganic nitrogen. / Esta pesquisa teve por objetivo avaliar a influência da vazão de ar (0,25, 0,50 e 0,75 L.min-1.Lreator-1) e do tempo de ciclo (11,35 h, 15,15 h e 18,25 h) no desempenho de um reator em bateladas sequenciais (RBS), em promover a nitrificação e a desnitrificação de água residuária de abatedouro e frigorífico de aves. A operação contemplou as etapas de alimentação, reação aerada e anóxica, sedimentação, descarte e repouso. O RBS foi operado em escala de laboratório com volume útil de 4 L, mantendo-se 25% da biomassa no reator, como inóculo para a próxima batelada. A manipueira foi adicionada como fonte de carbono no início da fase anóxica, de modo a manter a relação C:N entre 5 e 6. Durante o processo foram monitorados os parâmetros pH, alcalinidade, oxigênio dissolvido e temperatura. Elaborou-se um planejamento fatorial (22) com cinco repetições no ponto central para verificar a influência dos fatores na variável resposta remoção de nitrogênio inorgânico total (N-NH4++N-NO2-+N-NO3-) no processo completo (%). Os dados foram analisados com 95% de confiança e, experimentalmente, a maior remoção de nitrogênio inorgânico total (85,75%) em média foi observada quando se utilizou vazão ar de 0,50 L.min-1.Lreator-1, no tempo de ciclo de 15,15 h. Entretanto, não foi verificada significância estatística para o fator vazão de ar e, na continuidade do estudo, esta variável foi mantida estável em 0,25 L.min-1.Lreator-1, enquanto o tempo de ciclo foi gradativamente elevado até ser observada eficiência de remoção de nitrogênio constante, o que foi verificado a partir do tempo de 15,1 h com 92,78% na eficiência de remoção de nitrogênio inorgânico total.

Um reator de leito fixo, preenchido com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano, foi operado em bateladas seqüenciais, alimentado com substrato sintético com concentração de nitrogênio amoniacal de 125, 250, 500 e 40 mg/L. O principal objetivo da pesquisa foi verificar a possibilidade de se promover a nitrificação curta no reator submetido à aeração intermitente, com a formação de nitrito como principal composto intermediário, seguida da desnitrificação. Para concentração de nitrogênio amoniacal de 125 e 250 mg/L o perfil temporal das concentrações de nitrogênio monitoradas evidenciou que tempo de ciclo de 24 horas foi excessivo. Durante a operação do reator submetido à concentração de nitrogênio amoniacal de 500 mg/L e de 40 mg/L, ficou evidente a influência do modo de operação, quanto à concentração de oxigênio e extensão dos períodos aeróbios e anóxicos, no tempo de ciclo necessário. Para todas as concentrações de nitrogênio amoniacal estudadas a duração do período de aeração foi suficiente para nitrificar uma fração do N-amoniacal afluente, de modo que as concentrações de nitrito e ácido nitroso não atingissem níveis tóxicos ao processo de oxidação de N-amoniacal. Ao longo do período de operação, o nitrogênio na forma de nitrito tornou-se a forma oxidada predominante e foi possível manter este acúmulo de nitrito em todas as etapas de operação do reator, mesmo alterando a concentração de oxigênio dissolvido, prolongando o período de aeração e, reduzindo a concentração de amônia livre. Constatou-se, portanto, ser possível obter-se processo estável de remoção de nitrogênio em reator operado em bateladas seqüenciais, submetido a etapas de aeração e não aeração em um mesmo ciclo. Esse modo de operação permitiu o estabelecimento do processo de nitrificação parcial a nitrito nas etapas aeradas e desnitrificação nas etapas anóxicas / A bench-scale sequencing batch reactor filled with polyurethane foam matrices was fed with synthetic substrate containing different influent ammonium nitrogen concentrations (120, 250, 500 and 40 mg/L) and subjected to different operating conditions. The main objective was to verify the possibility off promoting short nitrification in the reactor operated under intermittent aeration to obtain nitrite as the main intermediate compound to be denitrified during the anoxic periods. The profiles of the monitored nitrogen species along the cycles allowed verifying that the time cycle of 24 hours was excessive for ammonium nitrogen concentrations of 125 and 250 mg/L. The influence of the operating parameters relative to the dissolved oxygen concentration and extension of aerobic and anoxic periods on the cycle time was evident during the operation at ammonium nitrogen concentrations of 500 and 40 mg/L. The duration of the aeration periods was long enough to allow a fraction of the influent ammonium to be nitrified for all the ammonium nitrogen concentrations studied. The concentrations of nitrite and nitrous acid have never reached the toxic levels to affect ammonia oxidation. Nitrite was the predominant form of oxidized nitrogen along all the operating periods. Nitrite accumulation occurred during all the stages of reactor operation, even when the reactor was subjected to different dissolved oxygen concentrations, length of aeration period and free ammonia concentration. Therefore, stable process of nitrogen removal was achieved in the sequencing batch reactor containing immobilized biomass subjected to a wide range of ammonium nitrogen concentrations. The operation way consisting of intermittent aeration followed by non aeration periods in the same cycle allowed the establishment of the process of partial nitrification to nitrite in the aerated steps followed by denitrification in the anoxic steps

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carla Limberger _Lopes (Tese revisada) 2016.pdf: 2793834 bytes, checksum: bd8e57da9e9986df4f212107c57ca249 (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / The aim of this study was to evaluate a combined anaerobic-aerobic upflow fixed-bed reactor with recirculation of the liquid phase for the removal of nitrogen and organic matter from poultry slaughterhouse wastewater. The reactor was made of an acrylic tube of internal diameter of 93 mm and the length of 1000 mm with a useful volume of 5.6 L being 3.5 L corresponding to the anaerobic compartments and 2.1 L to the aerobic one. The bed for immobilization of the biomass was formed by expanded clay and polyurethane foam. For discussing the results, this study was divided into three articles. In the first article, was evaluated the reactor performance with respect to the elimination of nitrogen (≈65 mg.NT.L-1) and organic matter (≈600 mg.DQO.L-1) due to the recirculation rate (R = 0.5, 1 and 2) and the hydraulic retention time (HRT) of 11 h (6.8 h in anaerobic condition and 4.2 h in aerobic condition) over the time. The best operating condition was obtained at the recirculating rate of 2. In this condition, the total nitrogen removal was 65% with the effluent concentration of 6 mg.NH4+.L-1 e 12 mg.NO3-.L-1. For all condition, the organic matter removal was greater than to 95% with the effluent concentration of approximately 20 mg.COD.L-1. Thus, the increasing of the recirculation rate influenced positively in the reactor performance. In the second article, the hydraulic detention time was evaluated (HDT) at 14 h, 11 h and 8 h with the recirculation rate (R) of 0.5 (Step I), R = 1 (Step II) and R 2 = (Step III). The affluent average concentrations were 65 mg.NT.L-1, 580 mg.COD.L-1, 77 mg L-1 of total alkalinity and pH of 6.4. The samples were collected inlet and output of each compartment along the reactor height. In the Step I, the nitrification efficiencies were 76%, 70% and 41% respectively for 14 h, 8 h and 11 h, showing the effect of HRT. In all steps, the alkalinity has been regarded as the limiting factor of the process and its deficit was 10 to 30%. It was attributed to this factor the low efficiency of total nitrogen removal of about 45%. Throughout the experiment the removal efficiency of organic matter in terms of chemical oxygen demand (COD) was over 90% and made to fit the first order kinetic model for degradation of the substrate. In the third article, was evaluated the hydrodynamic behavior of this system, through stimulus response tests using eosin Y dye as tracer. It has been evaluated the hydraulic retention time of 8 h with three recirculation rates, of .0.5, 1 and 2 times. Under these conditions, the removal of organic matter was greater than 90% and nitrogen conversion was favored by applying lower loads of (0.18 Kg.N.m-3.d-1). It was found that the hydrodynamic evaluation showed the continuous-stirred reactors behavior with 2 to 2.5 reactors in series (N-CSTR). / O objetivo desse trabalho foi avaliar um reator combinado anaeróbio-aeróbio de leito fixo e fluxo ascendente com recirculação da fase líquida, para a remoção de nitrogênio e matéria orgânica proveniente de água residuária de abatedouro de aves. O reator foi confeccionado em um tubo de acrílico de diâmetro interno de 93 mm e comprimento de 1000 mm, com volume útil de 5,6 L, sendo 3,5 L correspondentes aos compartimentos anaeróbios e 2,1 L correspondentes ao compartimento aeróbio. O leito para a imobilização da biomassa foi formado por argila expandida e espuma de poliuretano. A apresentação desse trabalho foi dividida em três artigos. No primeiro artigo, avaliou-se o desempenho do reator em relação à remoção de nitrogênio (≈65 mg.N.L-1) e de matéria orgânica (≈600 mg.DQO.L-1) em função da taxa de recirculação (R=0,5; 1 e 2) e do tempo de detenção hidráulica (TDH) de 11 horas (6,8 horas na condição anaeróbia e 4,2 horas na condição aeróbia), ao longo do tempo. A melhor condição operacional foi obtida com taxa de recirculação de 2. Nessa condição, a eficiência de remoção de nitrogênio total foi de 65% com concentrações efluentes de 6 mg.NH4+.L-1 e 12 mg.NO3-.L-1. Para todas as condições testadas, a eficiência de remoção de matéria orgânica apresentou-se superior a 95%, com concentração efluente de aproximadamente 20 mg.DQO.L-1. Assim, o aumento da taxa de recirculação influenciou positivamente no desempenho do reator. No segundo artigo, avaliaram-se os tempos de detenção hidráulica (TDH) de 14 horas, 11 horas e 8 horas com taxa de recirculação (R) de 0,5 (Ensaio I), R=1 (Ensaio II) e R=2 (Ensaio III). As concentrações médias afluentes foram 65 mg.NT.L-1, 580 mg.DQO.L-1, 77 mg.L-1 de alcalinidade total e pH de 6,4. As amostras foram coletadas na entrada e saída de cada compartimento, ao longo da altura do reator. Na Etapa I, e as eficiências de nitrificação foram de 76%, 70% e 41%, respectivamente para 14 horas, 11 horas e 8 horas, evidenciando o efeito do TDH. Em todas as etapas, a alcalinidade foi considerada o fator limitante do processo e o seu déficit variou de 10% a 30%. Atribuiu-se a esse fator a baixa eficiência na eliminação de nitrogênio total de aproximadamente 45%. Durante todo o experimento, a eficiência de remoção de matéria orgânica em termos de demanda química de oxigênio (DQO) foi superior a 90% e apresentou ajuste ao modelo cinético de primeira ordem para a degradação do substrato. No terceiro artigo, avaliou-se o comportamento hidrodinâmico desse sistema, a partir de ensaios de estímulo resposta utilizando o traçador Eosina Y. Avaliou-se o tempo de detenção hidráulica de 8 horas com as três taxas de recirculação, de 0,5, 1 e 2 vezes. Nessas condições, a remoção de matéria orgânica foi superior a 90% e a conversão de nitrogênio foi beneficiada com a aplicação de cargas menores (0,18 Kg.N.m-3.d-1). Na avaliação hidrodinâmica verificou-se que o reator apresentou comportamento de reator de mistura completa com 2 a 2,5 reatores em série (N-CSTR).

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carla Limberger Lopes_protegido.pdf: 1510356 bytes, checksum: 558cae02592904f9e836e71f9aa4036f (MD5) Previous issue date: 2011-07-01 / This study aimed to evaluate the influence of air flow (0.25, 0.50 and 0.75 L.min-1.Lreator-1) and cycle time (11.35 h, 15.15 h and 18.25 h) in the performance of a sequencing batch reactor (SBR) to promote nitrification and denitrification of wastewater from slaughterhouse's poultry and refrigerator. The operation included the steps of feeding, aerobic and anoxic reaction, sedimentation, discharge and rest. SBR was operated on a laboratory scale with a working volume of 4 L, keeping 25% of biomass retained in the reactor as an inoculum for the next batch. The "manipueira" was added as a carbon source at the beginning of anoxic phase in order to keep the C: N ratio between 5 and 6. During this process, parameters monitored included: pH, alkalinity, dissolved oxygen and temperature. It was developed a factorial design (22) with five repetitions at the central point to check the influence of the response variable removal of total inorganic nitrogen (NH4+-N + NO2--N + NO3--N) in the whole process (%). Data were analyzed with 95% confidence, and experimentally, a higher removal of total inorganic nitrogen (85.75%) on average was observed when using air flow of 0.50 L.min-1.Lreator-1 in time cycle of 15.15 h. However, there was no statistically significant factor for the air flow, and during the progress of study, this variable was kept stable at 0.25 L.min-1.Lreator-1 while the cycle time was gradually increased until efficiency in the removal of constant nitrogen could be observed, which occurred at time 15.1 h with 92.78% in removal efficiency of total inorganic nitrogen. / Esta pesquisa teve por objetivo avaliar a influência da vazão de ar (0,25, 0,50 e 0,75 L.min-1.Lreator-1) e do tempo de ciclo (11,35 h, 15,15 h e 18,25 h) no desempenho de um reator em bateladas sequenciais (RBS), em promover a nitrificação e a desnitrificação de água residuária de abatedouro e frigorífico de aves. A operação contemplou as etapas de alimentação, reação aerada e anóxica, sedimentação, descarte e repouso. O RBS foi operado em escala de laboratório com volume útil de 4 L, mantendo-se 25% da biomassa no reator, como inóculo para a próxima batelada. A manipueira foi adicionada como fonte de carbono no início da fase anóxica, de modo a manter a relação C:N entre 5 e 6. Durante o processo foram monitorados os parâmetros pH, alcalinidade, oxigênio dissolvido e temperatura. Elaborou-se um planejamento fatorial (22) com cinco repetições no ponto central para verificar a influência dos fatores na variável resposta remoção de nitrogênio inorgânico total (N-NH4++N-NO2-+N-NO3-) no processo completo (%). Os dados foram analisados com 95% de confiança e, experimentalmente, a maior remoção de nitrogênio inorgânico total (85,75%) em média foi observada quando se utilizou vazão ar de 0,50 L.min-1.Lreator-1, no tempo de ciclo de 15,15 h. Entretanto, não foi verificada significância estatística para o fator vazão de ar e, na continuidade do estudo, esta variável foi mantida estável em 0,25 L.min-1.Lreator-1, enquanto o tempo de ciclo foi gradativamente elevado até ser observada eficiência de remoção de nitrogênio constante, o que foi verificado a partir do tempo de 15,1 h com 92,78% na eficiência de remoção de nitrogênio inorgânico total.

A presente pesquisa teve como objetivo principal a avaliação do desempenho de um reator de leito expandido (159,0 \'M POT.3\'), em escala plena, operado sob condições anaeróbia e anaeróbia-aeróbia sobrepostas, tratando esgoto sanitário. Como objetivos específicos, foi avaliado o uso de areias comerciais para complementação do leito de partículas, bem como a distribuição do material suporte ao longo da altura do reator. Além disso, houve a simulação da flotação do efluente do sistema a fim de otimizar a eficiência na remoção de sólidos, visto pela ineficiência do sistema na separação dos sólidos biológicos. Dentre os materiais selecionados para compor o leito de partículas, foi escolhida a areia com tamanho médio dos grãos igual a 0,69 mm e massa específica de 2690 kg.\'M POT.-3\'. Esta pesquisa foi dividida em duas etapas experimentais, sendo que a primeira o sistema foi operado somente sob a condição anaeróbia, enquanto na segunda, o sistema foi submetido à condição anaeróbia e aeróbia sobrepostas. Para a primeira etapa, o sistema obteve maior eficiência na remoção de matéria orgânica, com TDH de 14 horas, quando foi removido 0,84 kgDQObruta/\'M POT.3\'.dia, sendo que foi aplicado 1,26 kgDQObruta/\'M POT.3\'.dia. As eficiências médias de remoção de DQObruta, DQOfilt, DBObruta, DBOfilt, SST e SSV foram de 65%; 64%; 80%; 70%; 58% e 69%. O efluente apresentou, em média, 245 mgDQObruta/L, 117 mgDQOfilt/L, 104 mgDBObruta/L, 76 mgDBOfilt/L; 88 mgSST/L e 69 mgSSV/L. O grau de amonificação obtido foi de 90%, evidenciando a potenciabilidade do sistema na conversão de matéria nitrogenado orgânico em amoniacal. Para a segunda etapa, a maior eficiência na remoção de matéria orgânica foi obtida com TDH de 16 horas, quando foi removido 0,29 kgDQObruta/\'M POT.3\'.dia, sendo que foi aplicado 0,84 kgDQObruta/\'M POT.3\'.dia. As eficiências médias de remoção de DQOfilt e DBOfiltr foram de 80% e 95%, respectivamente. O efluente apresentou, em média, 72 mgDQOfiltr/L, e 13 mgDBOfiltr/L. O grau de amonificação obtido foi de 85%, no entanto houve baixa eficiência na oxidação do \'N\'-amoniacal, no máximo 25%, sendo que as concentrações máximas no efluente foram de 4 mg\'N\'-\'NO IND.2\'POT.-\'/L e 2 mg\'NO IND.3\'POT.-\'/L, respectivamente. Em relação à distribuição do material suporte, foi verificada que a proporção de carvão ativado granular e carvão antracitoso foi superior em relação à areia, nos diferentes pontos de coleta, sendo que essa proporção tendeu a se reduzir ao longo das amostragens, além disso, foram verificadas que as características do fluxo não estão adequadas para proporcionar a fluidificação/expansão do leito de partículas. Os melhores resultados obtidos na simulação da flotação do efluente, quando foi aplicada recirculação com concentração de ar de 17,5 mgar/Lam, e velocidade ascensional de 10 cm/min. As eficiências de remoção de SST; SSF; SSV; DQO, cor e turbidez obtidas foram de 64; 82; 62; 62; 53 e 73%, respectivamente. O efluente flotado apresentou 63 mgSST/L; 5 mgSSF/L; 59 mgSSV/L; 127 mgDQObruta/L, 431 uC e 29 uT. / This present research had as main objective the evaluation of the performance of a full scale expanded bed reactor (159.0 \'M POT.3\'), operated under anaerobic and overlapping anaerobic-aerobic, treating sanitary wastewater. As specific objectives, it was evaluated using commercial sand to complement the bed of particles and distribution of material support along the height of reactor. Besides, it was simulated the flotation of the effluent system in order to optimize the efficient removal of solids, due to inefficiency of the system in the separation of biological solids. Among the materials selected to compose the bed of particles was chosen with the average size of sand grains equal to 0.69 mm and density of 2690 kg.\'M POT.-3\'. This research was divided into two experimental stages, the first being that the system was operated only under the anaerobic condition, while the second, the system was submited to anaerobic and aerobic conditions overlaped. For the first step, the system achieved greater efficiency in removing organic matter, with hydraulic detention time of 14 hours, when it was removed from 0.84 kgCODraw/\'M POT.3\'.day, which was applied 1.26 kgCOD/\'M POT.3\'.day. The mean removal efficiencies of DQOraw, DQOfiltered, BODraw, BODfiltered, TSS and VSS were 65%; 64%; 80%; 70%; 58% and 69%. The effluent had an average of 245 mgCODraw/L; 117 mgCODfiltered/L; 104 mgBODraw/L; 76 mgBODfiltered/L; 88 mgTSS/L and 69 mgVSS/L. The ammonification obtained was 90%, demonstrating the potencial of the system in the conversion of organic matter into ammonia nitrogen. For the second stage, the most efficient in the removal of organic matter was obtained with hydraulic detention time of 16 hours when it was removed from 0.29 kgCODraw/\'M POT.\'3.day, which was applied 0.84 kgCODraw/\'M POT.3\'.day. The mean removal efficiencies of CODfiltered and BODfiltered were 80% and 95%, respectively. The effluent had an average of 72 mgCODfiltered/L, and 13 mgBODfiltered/L. The ammonification obtained was 85%, however there was low efficiency in oxidation of ammonia-\'N\', at most 25%, and the maximum concentrations in the effluent were 4 mg\'N\'-\'NO IND.2\'POT.-\'/L and 2 mg\'N\'-\'NO IND.3\'POT.-\'/L, respectively. Regarding the distribution of material support, it was found that the proportion of activated granular carbon and anthracite carbon was higher on sand, in different points of collection, whereas this proportion tended to drop over the sample, moreover, was found that the characteristics of the flow are not adequate to provide fluidization/expansion of the bed of particles. The best results obtained in the simulation of the flotation of the effluent when it was applied with recirculation of air concentration of 17.5 mgair/Lsample, and ascension velocity of 10 cm/min. Removal efficiencies of TSS; FSS; VSS; COD, color and turbidity were obtained from 64; 82; 62; 62; 53 and 73%, respectively. The effluent had 63 mgTSS/L; 5 mgFSS/L; 59 mgVSS/L; 127 mgCODraw/L; 431 uC and 29 uT.