Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2017-08-04T12:28:24Z No. of bitstreams: 1 PDF - Silvânia Lucas dos Santos.pdf: 42906938 bytes, checksum: 3a1f3a2d4994bd132f28a6d7ff2f02c8 (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2017-08-29T15:43:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Silvânia Lucas dos Santos.pdf: 42906938 bytes, checksum: 3a1f3a2d4994bd132f28a6d7ff2f02c8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-29T15:43:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Silvânia Lucas dos Santos.pdf: 42906938 bytes, checksum: 3a1f3a2d4994bd132f28a6d7ff2f02c8 (MD5) Previous issue date: 2016-12-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this research a modified design of anaerobic UASB type reactors is proposed for sewage treatment at a single-family scale, with differentiated geometry. The robustness of these systems was investigated, when subjected to hydraulic loads similar to those usual in residences and the influence of temperature on anaerobic digestion. The experimental system consisted of 6 reactors UASB all with a useful volume of 240 L but having differentiated geometry: three had a diameter of 0.3 m in the digestion zone and three 0.4 m. Parallel to these systems a modified reactor with a lateral decanter (UASB-Y) and a conventional UASB reactor, also with 240 L, were operated. To assess the influence of temperature on anaerobic digestion, 4 UASB-Y reactors were used each with a volume of 25 L. The effect of temperature on the efficiency of the treatment was investigated for temperatures ranging from 25 to 12 ° C. The obtained results showed that, for the imposed operating conditions (mean hydraulic retention time of 12 and 6 hours), all the modified reactors presented COD removal efficiencies of more than 65%. Analysis of variance (ANOVA) confirmed that there was no significant difference in the removal efficiency for the different tested reactors, so that other criteria such as installation cost, operation and reactor height should be considered in the choice of treatment unit, according to the characteristics of the soil where they will be installed. The variations in flow peaks indicated that the modified reactors are robust and support a peak flow equivalent to 40% of the their treatment capacity, without great damage to the treatment system. The results showed that the efficiency of the treatment decreases with the temperature, mainly due to the inefficiency of the hydrolysis, when the reactors were temperatures below 25°C. In this way, it was concluded that the proposed UASB reactors, can effectively treat sewage from a family, in a unit of 240 L, reaching greater efficiency than reported for septic tanks systems, having good operational stability and recovery capacity, after application of hydraulic shocks similar to those produced in residences. / Nesta pesquisa é proposto um projeto modificado de reatores anaeróbios tipo UASB para o tratamento de esgoto em escala unifamiliar, concebido com geometria diferenciada. Foi investigada a robustez desses sistemas quando submetidos a variações de cargas hidráulicas similares às provocadas nas residências, além da influência da temperatura sobre a digestão anaeróbia. O sistema experimental constou de 6 reatores UASB todos com volume útil de 240 L tendo geometria diferenciada: três tinham diâmetro de 0,3 m na zona de digestão e três 0,4 m. Paralelamente aos sistemas modificados um reator com decantador lateral (UASB-Y) e um reator UASB convencional, também com 240 L, foram operados. Para avaliar a influência da temperatura sobre a digestão anaeróbia foram utilizados 4 reatores UASB-Y com volume de 25 L cada. O efeito da temperatura sobre a eficiência do tratamento anaeróbio foi investigado para temperaturas variando de 25 a 12°C. Os resultados obtidos mostraram que, para as condições operacionais impostas (TDH médio de 12 e 6 horas), todos os reatores modificados apresentaram eficiências na remoção de DQO decantada superior a 65%. A análise de variância (ANOVA) confirmou que não houve diferença significativa na eficiência de remoção para os diferentes reatores testados, de modo que outros critérios como custo de instalação, operação e altura do reator devem ser considerados na escolha da unidade de tratamento, de acordo com as características do local onde serão instalados. As variações de picos de vazão indicaram que os reatores modificados são robustos e suportam uma vazão de pico equivalente a 40% da sua capacidade de tratamento, sem grandes prejuízos ao sistema de tratamento. Os resultados mostraram que a eficiência do tratamento diminui com a diminuição da temperatura, provavelmente devido à ineficiência da hidrólise, quando os reatores foram operados com temperaturas inferiores a 25°C. Dessa forma, foi concluído, que os reatores UASB propostos, podem tratar de forma eficiente o esgoto de uma família, em uma unidade de 240 L, atingindo eficiência maior que a relatada para os tanques sépticos, tendo boa estabilidade operacional e capacidade de recuperação, após a aplicação de choques hidráulicos semelhantes aos produzidos nas residências.

Com o propósito de explorar o potencial de geração de metano a partir de vinhaça de cana-de-açúcar e propor procedimentos de controle do processo anaeróbio, foi utilizado um reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) em escala piloto, equipado de separador gás-sólido-líquido modificado e sem recirculação de efluente. A unidade foi inoculada com lodo granular e utilizou-se substrato concentrado (DQO de 20 g.L-1) para sua alimentação. O reator foi submetido a cargas orgânicas volumétricas (COV) de 0,7 a 7 KgDQO.m-3.d-1, durante 300 dias de operação. O procedimento operacional baseou-se no aumento de carga por escalonamento da vazão de alimentação em função da manutenção de variação inferior a 10% para a eficiência do sistema. Para o tamponamento da vinhaça de alimentação, no início da operação utilizou-se 1g NaHCO3.g-1DQOafluente, com redução gradativa até 0,125g NaHCO3.g-1DQOafluente. O monitoramento do desempenho do processo anaeróbio se deu pela avaliação dos parâmetros: eficiência de remoção de DQO, pH, alcalinidade, ácidos voláteis, razão alcalinidade intermediária/alcalinidade parcial, razão Prop:Ac, vazão de metano e porcentagem de metano no biogás. O reator UASB apresentou valor médio de eficiência de remoção de DQO de 92±4,4%, para cargas aplicadas entre 0,7 e 4,8 KgDQO.m-3.d-1. A maior produção média de metano observada durante o período operacional foi 5 m3CH4.m-3 de vinhaça aplicada para cargas orgânicas entre 4,1 e 5,6 KgDQO.m-3.d-1. A produção de biogás apresentou valor médio de metano de 70±7% para 1 a 5,6 Kg DQO.m-3.d-1. A operação do reator com cargas aplicadas acima de 5,6 KgDQO.m-3.d-1 gerou menor produção de biogás, redução na porcentagem de metano e aumento da carga de ácidos voláteis efluente, assim como queda na eficiência de remoção de DQO. Devido ao acréscimo de carga (0-2 para 4-6 KgDQO.m-3.d-1), a variação da concentração para cada tipo de ácido foi: acético (56±70 para 216±121 mg.L-1), propiônico (26±28 para 165±150 mg.L-1) e butírico (4±7 para 60±18 mg.L-1). Notou-se que a relação entre as concentrações de ácido propiônico e ácido acético (razão Prop:Ac) pode ser utilizada como parâmetro de monitoramento da estabilidade do reator. A elevação de COV de 3,9 a 6,4 KgDQO.m-3.d-1acarretou alteração na razão Prop:Ac de 0,8 a 1,75, corroborando descontroles do processo anaeróbio associado à queda de eficiência na geração de metano. / In order to explore the potential of methane generation from sugarcane vinasse and propose procedures for the anaerobic process control, was utilized a pilot scale UASB reactor (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), equipped with modified gas-solid-liquid separator and without recirculation of effluent. The unit was inoculated with granular sludge and concentrated substrate was used (COD 20 g.L-1) for feeding. The reactor was submitted to volumetric organic load (VOL) from 0.7 to 7 KgCOD.m-3.d-1, during 300 days of operation. The reactor operation was based on the increase of load by staggering the feed flow in function of the maintenance of variation lower than 10% for the system efficiency. For buffering the feedings vinasse was used 1g NaHCO3.g-1CODinfluent at the beginning of the operation, with gradual reduction to the value of 0.125 g NaHCO3.g-1CODinfluent. The monitoring of the anaerobic process performance was due to the evaluation of the following parameters: efficiency of COD removal pH, alkalinity, intermediate alkalinity/partial alkalinity ratio; Prop:Ac ratio, methane flow and percentage of methane in the biogas. The UASB reactor demonstrated a COD average removal efficiency of 92±4.4%, to applied loads between 0.7 and 4.8 KgCOD.m-3.d-1. The highest average methane production observed during the operational period was 5 m3CH4.m-3 of vinasse applied for organic loads between 4.1 and 5.6 KgCOD.m-3.d-1. The biogás production demonstrated a methane average of 70±7% for 1 to 5.6 KgCOD.m-3.d-1. The reactor operation with loads up to 5.6 KgCOD.m-3.d-1 caused lower production of biogas, reduction in the percentage of methane and increase for effluent volatile acids load, as well as decrease of COD removal efficiency. Due to the additional load (0-2 to 4-6 KgCOD.m-3.d-1), the change in concentration for each type of acid was: acetic acid (56±70 to 216±121 mg.L-1), propionic acid (26±28 to 165±150 mg.L-1) and butyric acid (4±7 to 60 ± 18 mg.L-1). It was noted that the relationship between the concentrations of propionic acid and acetic acid (ratio Prop:Ac) may be used as a monitoring parameter of the reactor stability. The increase in VOL of 3.9 to 6.4 KgCOD.m-3.d-1 caused change in the Prop:Ac ratio of 0.8 to 1.75, confirming the upsets on the anaerobic process associated with efficiency drop in methane generation.

Com o propósito de explorar o potencial de geração de metano a partir de vinhaça de cana-de-açúcar e propor procedimentos de controle do processo anaeróbio, foi utilizado um reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) em escala piloto, equipado de separador gás-sólido-líquido modificado e sem recirculação de efluente. A unidade foi inoculada com lodo granular e utilizou-se substrato concentrado (DQO de 20 g.L-1) para sua alimentação. O reator foi submetido a cargas orgânicas volumétricas (COV) de 0,7 a 7 KgDQO.m-3.d-1, durante 300 dias de operação. O procedimento operacional baseou-se no aumento de carga por escalonamento da vazão de alimentação em função da manutenção de variação inferior a 10% para a eficiência do sistema. Para o tamponamento da vinhaça de alimentação, no início da operação utilizou-se 1g NaHCO3.g-1DQOafluente, com redução gradativa até 0,125g NaHCO3.g-1DQOafluente. O monitoramento do desempenho do processo anaeróbio se deu pela avaliação dos parâmetros: eficiência de remoção de DQO, pH, alcalinidade, ácidos voláteis, razão alcalinidade intermediária/alcalinidade parcial, razão Prop:Ac, vazão de metano e porcentagem de metano no biogás. O reator UASB apresentou valor médio de eficiência de remoção de DQO de 92±4,4%, para cargas aplicadas entre 0,7 e 4,8 KgDQO.m-3.d-1. A maior produção média de metano observada durante o período operacional foi 5 m3CH4.m-3 de vinhaça aplicada para cargas orgânicas entre 4,1 e 5,6 KgDQO.m-3.d-1. A produção de biogás apresentou valor médio de metano de 70±7% para 1 a 5,6 Kg DQO.m-3.d-1. A operação do reator com cargas aplicadas acima de 5,6 KgDQO.m-3.d-1 gerou menor produção de biogás, redução na porcentagem de metano e aumento da carga de ácidos voláteis efluente, assim como queda na eficiência de remoção de DQO. Devido ao acréscimo de carga (0-2 para 4-6 KgDQO.m-3.d-1), a variação da concentração para cada tipo de ácido foi: acético (56±70 para 216±121 mg.L-1), propiônico (26±28 para 165±150 mg.L-1) e butírico (4±7 para 60±18 mg.L-1). Notou-se que a relação entre as concentrações de ácido propiônico e ácido acético (razão Prop:Ac) pode ser utilizada como parâmetro de monitoramento da estabilidade do reator. A elevação de COV de 3,9 a 6,4 KgDQO.m-3.d-1acarretou alteração na razão Prop:Ac de 0,8 a 1,75, corroborando descontroles do processo anaeróbio associado à queda de eficiência na geração de metano. / In order to explore the potential of methane generation from sugarcane vinasse and propose procedures for the anaerobic process control, was utilized a pilot scale UASB reactor (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), equipped with modified gas-solid-liquid separator and without recirculation of effluent. The unit was inoculated with granular sludge and concentrated substrate was used (COD 20 g.L-1) for feeding. The reactor was submitted to volumetric organic load (VOL) from 0.7 to 7 KgCOD.m-3.d-1, during 300 days of operation. The reactor operation was based on the increase of load by staggering the feed flow in function of the maintenance of variation lower than 10% for the system efficiency. For buffering the feedings vinasse was used 1g NaHCO3.g-1CODinfluent at the beginning of the operation, with gradual reduction to the value of 0.125 g NaHCO3.g-1CODinfluent. The monitoring of the anaerobic process performance was due to the evaluation of the following parameters: efficiency of COD removal pH, alkalinity, intermediate alkalinity/partial alkalinity ratio; Prop:Ac ratio, methane flow and percentage of methane in the biogas. The UASB reactor demonstrated a COD average removal efficiency of 92±4.4%, to applied loads between 0.7 and 4.8 KgCOD.m-3.d-1. The highest average methane production observed during the operational period was 5 m3CH4.m-3 of vinasse applied for organic loads between 4.1 and 5.6 KgCOD.m-3.d-1. The biogás production demonstrated a methane average of 70±7% for 1 to 5.6 KgCOD.m-3.d-1. The reactor operation with loads up to 5.6 KgCOD.m-3.d-1 caused lower production of biogas, reduction in the percentage of methane and increase for effluent volatile acids load, as well as decrease of COD removal efficiency. Due to the additional load (0-2 to 4-6 KgCOD.m-3.d-1), the change in concentration for each type of acid was: acetic acid (56±70 to 216±121 mg.L-1), propionic acid (26±28 to 165±150 mg.L-1) and butyric acid (4±7 to 60 ± 18 mg.L-1). It was noted that the relationship between the concentrations of propionic acid and acetic acid (ratio Prop:Ac) may be used as a monitoring parameter of the reactor stability. The increase in VOL of 3.9 to 6.4 KgCOD.m-3.d-1 caused change in the Prop:Ac ratio of 0.8 to 1.75, confirming the upsets on the anaerobic process associated with efficiency drop in methane generation.