Made available in DSpace on 2015-09-25T12:20:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Andressa Muniz Santos.pdf: 1518659 bytes, checksum: d4f5fa8d8e587fbcf69bfb7841086b5f (MD5) Previous issue date: 2013-03-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Release of domestic sewage into environment without any treatment can cause negative environmental impacts, particularly in relation to contamination and pollution of water bodies. Current alternatives for domestic sewage treatment involve two approaches: centralized and decentralized. Centralized management is mainly applied in regions with high population density and aims to treat large volumes of domestic sewage. Decentralized systems are designed to collect, treat, allocate and still reuse the treated effluent near the point of generation, and are applied in rural and peri-urban areas not served by a sanitary sewer system. Anaerobic treatment of domestic sewage has proved suitable for decentralized management with possible effluent disposal in soil by means of septic tank followed by sinkhole, which is still often applied because of their very long useful life and ease of infiltration into soil. However, replacing the septic tank, UASB reactor is presented as an alternative to improvements in pre-treatment of domestic sewage, producing effluent also for release in soil. Given the above, this study evaluated and compared the efficiency of decentralized single-family treatment of domestic sewage using a septic tank (TS) and UASB reactor, both with disposal of effluent into soil. Experimental system was monitored in EXTRABES and consisted of two treatment units: TS followed by a sinkhole 1 (S1) and a UASB reactor followed by a sinkhole 2 (S2), intermittently fed by domestic sewage. Experimental period was conducted in two phases. First phase corresponds to operation of anaerobic systems (TS and UASB) and the second phase corresponds to departure of sinkholes. Monitored parameters were: pH, total alkalinity and VFA, COD, nitrogen and phosphorus, solid and its fractions and thermotolerant coliforms. Results obtained from first phase of experiment show that anaerobic systems presented operational stability, reaching steady state after 12 weeks of operation. Removal efficiency of COD in TS and UASB was 44% and 57%. For SSV, results showed significant variation (p-value=0.033198) between TS and UASB. In second phase, with departure of sinkholes, were observed high concentrations of nitrite (2.73mgN-NO2.L-1) and nitrate (26,19mgN-NO3.L-1) in S1. Removal of organic material in terms of COD, remained around 60% in TS and UASB. There was similar retention of ST and SS in TS and UASB. For clogging of sand in S1 and S2, variants (infiltration rate and infiltration volume) indicate tendency of fouling in S1, possibly due to the most significant contribution of SST in TS compared to UASB, showing its ability to replace TS in decentralized treatment of domestic sewage, with subsequent application of treated effluent into soil. / O lançamento de esgotos domésticos no meio ambiente, sem qualquer tratamento, pode causar impactos ambientais negativos, principalmente no que se refere à contaminação e poluição dos corpos aquáticos. As alternativas existentes para o tratamento de esgotos envolvem duas abordagens: centralizadas e descentralizadas. A gestão centralizada é aplicada, principalmente, em regiões com elevada densidade populacional e tem por objetivo tratar grandes volumes de esgotos domésticos. Sistemas descentralizados têm por objetivo coletar, tratar, destinar, e ainda reutilizar o efluente tratado próximo ao local de geração, e são aplicados em comunidades rurais e periurbanas, não servidas por um sistema de esgotamento sanitário. O tratamento anaeróbio de esgotos domésticos tem se mostrado adequado na gestão descentralizada, com possível disposição do efluente no solo, sendo o tanque séptico seguido por sumidouro, ainda bastante aplicado devido a sua vida útil longa e facilidade de infiltração no solo. Todavia, em substituição ao tanque séptico, o reator UASB apresenta-se como alternativa de melhorias no pré-tratamento de esgotos, produzindo efluente também para o lançamento em solo. Diante do exposto, o presente trabalho avaliou e comparou a eficiência do tratamento descentralizado unifamiliar de esgoto domésticos utilizando um tanque séptico (TS) e um reator UASB, ambos com disposição do efluente no solo. O sistema experimental foi monitorado na EXTRABES e era constituído por duas unidades de tratamento: TS seguido por um sumidouro 1 (S1), e um reator UASB seguido por um sumidouro 2 (S2), alimentados intermitentemente por esgoto doméstico. O período experimental foi realizado em duas fases. A primeira fase corresponde ao funcionamento dos sistemas anaeróbios (TS e reator UASB) e a segunda fase corresponde à partida dos sumidouros. Os parâmetros monitorados foram: pH, alcalinidade total e AGV, DQO, nitrogênio e fósforo, sólidos e suas frações e coliformes termotolerantes. Os resultados obtidos na primeira fase do período experimental demonstram que os sistemas anaeróbios apresentaram estabilidade operacional, atingindo estado estacionário na 12ª semana de operação. A eficiência de remoção da DQO no TS e no reator UASB foi de 44% e 57%. Quanto aos SSV, os resultados indicaram variações significativas (p-valor = 0,033198) entre o TS e reator UASB. Na segunda fase, com a partida dos sumidouros, foram observados elevadas concentrações de nitrito (2,73mgN-NO2.L-1) e nitrato (26,19mgN-NO3.L-1) no S1. A remoção de matéria orgânica, em termos de DQO, manteve-se em torno de 60% no TS e reator UASB. Houve retenção similar de ST e SS no TS e UASB. Quanto à colmatação da areia nos S1 e S2, as variantes (vazão de infiltração e volume infiltrado) indicaram tendência de colmatação no S1, possivelmente pelo aporte de SST mais significativo no TS quando comparado ao reator UASB, demonstrando boa capacidade do reator UASB em substituir o TS, no tratamento descentralizado de esgotos domésticos com posterior aplicação do efluente tratado no solo.

Este trabalho investigou o efeito da temperatura nos sistemas aneróbios com células imobilizadas tendo como estudo de caso um sistema anaeróbio em duas fases. Inicialmente, foram realizados experimentos preliminares com um sistema em duas fases composto por Reator Acidogênico Horizontal Tubular (RAHT) seguido de Reator Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF), nas temperaturas de 15ºC, 20ºC e 25ºC. Os resultados mostraram que o RAHT alcançou 48% de remoção de DQO e que a desvantagem da ausência de microrganismos consumidores de H2 no sistema praticamente não afetou a produção de ácido acético. Pôde-se observar que na faixa de temperatura estudada o RAHT não apresentou mudanças significativas em seu desempenho. Posteriormente foram realizados experimentos com cinco reatores metanogênicos do tipo RAHLF, alimentados com esgoto sintético simulando o efluente do RAHT, com velocidades de 10,4 cm/h, a 52,0 cm/h e temperatura de 15ºC a 35ºC. Os resultados permitiriam o desenvolvimento de um modelo empírico-estatístico para simulação do desempenho dos reatores, tendo como variáveis a velocidade superficial do líquido sobre as biopartículas e a temperatura de operação. Os resultados preditos pelo modelo demonstraram boa representatividade dos valores experimentais. Com isso, foi possível observar as influências da velocidade superficial (vs) e da temperatura, nas concentrações residuais de substrato (Sr) e nas constantes cinéticas aparentes de primeira ordem (K1app). Conclui-se então, que apesar do aumento de vs resultar em maiores valores de K1app, também foi observado aumento no valor de Sr indicando que existe um tempo de contato mínimo entre os microrganismos e o substrato. / The effects of temperature and superficial velocity in an anaerobic methanogenic immobilized cell rector of a two phase-system were investigated. Preliminarily, a Tubular Horizontal Acidogenic Reactor (THAR) followed by Horizontal-flow Anaerobic Immobilized Biomass (HAIB) composed the experimental system, operated at the temperatures of 15°C, 20°C and 25°C. COD removal efficiency of 48% was observed in the THAR. Likewise, the disadvantage of the absence of H2-consumer methanogenics microorganisms in the system almost did not affect the production of acetic acid. The temperature variation has not caused significant changes in the THAR performance. The next step was the development of experiments using five methanogenics HAIB reactors fed on synthetic wastewater simulating THAR effluent having superficial velocities from 10,4 cm/h to 52,0 cm/h and temperature from 15°C to 35°C. The results enabled the development of a statistical-empiric modeling to simulate the reactors performance using the liquid superficial velocities and the temperature operation as model variables. The model demonstrated a good agreement with the experimental values. The influence of the superficial velocities (vs) and temperature, in the substrate residual concentration (Sr) and in the first order (K1app) apparent kinetic constant was observed. Despite the K1app values have increased largely with vs, the Sr concentration also increased. These results permit to conclude that a minimum contact time between the microorganisms and the substrate may be necessary in such processes.

Este trabalho investigou o efeito da temperatura nos sistemas aneróbios com células imobilizadas tendo como estudo de caso um sistema anaeróbio em duas fases. Inicialmente, foram realizados experimentos preliminares com um sistema em duas fases composto por Reator Acidogênico Horizontal Tubular (RAHT) seguido de Reator Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF), nas temperaturas de 15ºC, 20ºC e 25ºC. Os resultados mostraram que o RAHT alcançou 48% de remoção de DQO e que a desvantagem da ausência de microrganismos consumidores de H2 no sistema praticamente não afetou a produção de ácido acético. Pôde-se observar que na faixa de temperatura estudada o RAHT não apresentou mudanças significativas em seu desempenho. Posteriormente foram realizados experimentos com cinco reatores metanogênicos do tipo RAHLF, alimentados com esgoto sintético simulando o efluente do RAHT, com velocidades de 10,4 cm/h, a 52,0 cm/h e temperatura de 15ºC a 35ºC. Os resultados permitiriam o desenvolvimento de um modelo empírico-estatístico para simulação do desempenho dos reatores, tendo como variáveis a velocidade superficial do líquido sobre as biopartículas e a temperatura de operação. Os resultados preditos pelo modelo demonstraram boa representatividade dos valores experimentais. Com isso, foi possível observar as influências da velocidade superficial (vs) e da temperatura, nas concentrações residuais de substrato (Sr) e nas constantes cinéticas aparentes de primeira ordem (K1app). Conclui-se então, que apesar do aumento de vs resultar em maiores valores de K1app, também foi observado aumento no valor de Sr indicando que existe um tempo de contato mínimo entre os microrganismos e o substrato. / The effects of temperature and superficial velocity in an anaerobic methanogenic immobilized cell rector of a two phase-system were investigated. Preliminarily, a Tubular Horizontal Acidogenic Reactor (THAR) followed by Horizontal-flow Anaerobic Immobilized Biomass (HAIB) composed the experimental system, operated at the temperatures of 15°C, 20°C and 25°C. COD removal efficiency of 48% was observed in the THAR. Likewise, the disadvantage of the absence of H2-consumer methanogenics microorganisms in the system almost did not affect the production of acetic acid. The temperature variation has not caused significant changes in the THAR performance. The next step was the development of experiments using five methanogenics HAIB reactors fed on synthetic wastewater simulating THAR effluent having superficial velocities from 10,4 cm/h to 52,0 cm/h and temperature from 15°C to 35°C. The results enabled the development of a statistical-empiric modeling to simulate the reactors performance using the liquid superficial velocities and the temperature operation as model variables. The model demonstrated a good agreement with the experimental values. The influence of the superficial velocities (vs) and temperature, in the substrate residual concentration (Sr) and in the first order (K1app) apparent kinetic constant was observed. Despite the K1app values have increased largely with vs, the Sr concentration also increased. These results permit to conclude that a minimum contact time between the microorganisms and the substrate may be necessary in such processes.