Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The piggery for many years was characterized as a waste-generating activity of high polluter, but in recent decades many studies are responsible for changing this concept. The use of biodigester is well disseminated to lessen the impacts generated by this activity, gaining encouragement deployment in recent years, by encouraging the use of renewable energy. The biodigester is responsible for the production of biogas used as alternative energy on farms that have the digesters system. We observed few studies that investigate the geometry of the digesters and its effects on anaerobic digestion process. This work aimed to study the partitioning of the Canadian model digester anaerobic digestion of swine waste applied to evaluating the degradation (removal) of the physic-chemical parameters (temperature, pH, COD, BOD5, total nitrogen, total phosphorus, total solids, total fixed solids and total volatile solids), and determining a kinetic model describing the biogas produced in each of the compartments of the digesters. For the study were built three reactors in bench scale: the first with a partitioning which caused variation of the horizontal flow, the second with partitioning which flux change generated in the vertical and third, without fragmentation, to be used as a reactor testimony. The analyzes of the physicchemical parameters were made according to Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, since the determination of the kinetic model was done considering the existence of a plug flow (tubular reactor) to each of the reactors constructed and to qualification of biogas was use a gas chromatograph. On the analysis of physic-chemical was second reactor (flow variation vertically) that showed that showed a significant difference in the efficiency of COD removal and pH values, and this reactor also showed better removal of solids and BOD5. Already temperature, showed similar behavior in the three reactors, characterizing the anaerobic digestion occurred primarily in the mesophilic range. Considering the BOD5 as a substrate was obtained as rate constant 0.021 d-1, 0.025 d-1 and 0.024 d-1, respectively for the first, second and third reactor. However, considering the COD as a substrate was obtained 0.032 d-1, and 0.034 d-1, 0.027 d-1 for each of the reactors. Kinetic models had a higher correlation with the experimental data when considering the COD as substrate, and was the second reactor with the highest correlation (R2 = 0.599). In the evaluation of biogas the three reactors not showed difference between them. / A atividade suinícola por muitos anos foi caracterizada como uma atividade geradora de resíduos de alto índice poluidor, porém nas últimas décadas muitos são os estudos responsáveis por mudar esse conceito. O uso de biodigestor está bem disseminado para diminuir os impactos gerados por essa atividade, ganhando estímulo de implantação nos últimos anos, pelo incentivo ao uso de energia renovável. O biodigestor é responsável pela produção do biogás, usado como energia alternativa em propriedades rurais que possuem o sistema de biodigestores. Observam-se poucos trabalhos que pesquisam a geometria dos biodigestores e seus efeitos no processo de digestão anaeróbia. Esse trabalho objetivou o estudo da compartimentação do biodigestor modelo canadense no processo de digestão anaeróbia aplicada a resíduos da suinocultura, avaliando a degradação (remoção) dos parâmetros físico-químicos (temperatura, pH, DQO, DBO5, Nitrogênio total, Fósforo total, sólidos totais, sólidos fixos totais e sólidos voláteis totais), determinando um modelo cinético e qualificando o biogás produzido em cada um dos compartimentos dos biodigestores. Para o estudo foram construídos três reatores em escala de bancada: o primeiro com uma compartimentação que provocava variação de fluxo na horizontal, o segundo com uma compartimentação, a qual gerava variação de fluxo na vertical e o terceiro, sem compartimentação, para ser utilizado como um reator testemunho. As análises dos parâmetros físicoquímicos foram realizadas de acordo com o Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, já a determinação do modelo cinético foi realizada considerando a existência de um fluxo pistão (reator tubular) para cada um dos reatores construídos e para a qualificação do biogás utilizou-se um cromatógrafo a gás. Quanto à avaliação dos parâmetros físico químicos, foi o segundo reator (variação de fluxo na vertical) que apresentou diferença significativa na eficiência de remoção de DQO e nos valores de pH, sendo que esse reator também apresentou melhor remoção de DBO5 e sólidos. A temperatura apresentou comportamento semelhante nos três reatores, caracterizando que a digestão anaeróbia ocorreu prioritariamente na faixa mesofílica. Considerando a DBO5 como substrato obteve-se como constante de velocidade 0,021 d-1; 0,025 d-1 e 0,024 d-1, respectivamente para o primeiro, segundo e terceiro reator. Todavia, considerando a DQO como substrato obteve-se 0,032 d-1; 0,034 d-1 e 0,027 d-1 para cada um dos reatores. Os modelos cinéticos apresentaram uma maior correlação com os dados experimentais quando considerada a DQO como substrato, sendo que foi o segundo reator que apresentou maior correlação (R2 = 0,599). Na avaliação do biogás os três reatores não apresentaram diferença entre si.

O principal objeto desta pesquisa foi aprimorar a eficiência de remoção de DQO, DBO, SST e conversão de nitrogênio amoniacal de biofiltro aeróbio submerso (BF), aplicado no pós-tratamento do efluente de um reator anaeróbio compartimentado (RAC). O BF, em escala piloto, foi construído em tubos de PVC, com 0,40 m de diâmetro externo e volume útil de 190,6 L. Para a imobilização celular foram utilizadas, como material suporte, matrizes cúbicas de espuma de poliuretano, em um período total de operação de 180 dias e tempos de detenção hidráulica de 6, 4 e 12 horas, respectivamente. O trabalho de investigação foi dividido em duas fases: na fase I o BF operou por 55 dias com TDH de 6 horas, para a transferência de OD para o sistema foi utilizado uma câmara de saturação não pressurizada; na fase II, o BF operou por 28 dias com TDH de 6 horas; por 30 dias com TDH de 4 horas e no período restante por 67 dias com TDH de 12 horas. Nessa fase a câmara de saturação foi inicialmente removida por não atender à demanda de OD necessária para manter condições aeróbias no interior do BF; foi injetado ar comprimido diretamente no sistema. Foram alcançadas eficiências médias de remoção de DQOb, DBOb e SST; na fase I 32,4%, 39,2% e 62% com concentrações médias no efluente bruto de 143,7 mg DQOb/L, 101,2 mg DBOb/L e 25,1 mg SST/L, respectivamente. Nessa fase, não foi detectada eficiência de conversão de nitrogênio amoniacal. Na fase II, operando com TDH de 6 horas, o BF alcançou eficiências médias de remoção de DQOb, DBOb e SST de 74%, 85% e 85% com concentrações médias no efluente bruto de 63 mg DQOb/L, 15 mg DBOb/L e 13 mg SST/L, respectivamente. Nesse período também não foi detectado processo de nitrificação. Para TDH de 4 horas, as eficiências média de remoção de DQOb, DBOb e SST foram 77%, 70% e 71%, com concentrações médias no efluente bruto de 57 mg DQOb/L, 27 mg DBOb/L e 17 mg SST/L, respectivamente. Durante esse período também não ocorreu conversão de nitrogênio amoniacal. Na fase final, em que o BF operou com TDH de 12 horas, foram encontradas eficiências médias de remoção de DQOb, DBOb e SST de 83%, 73% e 86% com concentrações médias no efluente bruto de 42 mg DQOb/L, 36 mg DBOb/L e 9 mg SST/L, respectivamente. Nesse período a eficiência média de conversão de nitrogênio amoniacal foi de 57,8% com concentração média de 10 mg N-amoniacal/L no efluente bruto. A espuma de poliuretano foi adequada para imobilização da biomassa aeróbia, porém, a lavagem do leito foi dificultada pela mesma devido à sua alta capacidade de absorção. A injeção direta de ar no sistema resultou em considerável aumento da eficiência, produzindo efluente bastante clarificado. / The main object of this research was the removal efficiency improvement of COD, BOD, TSS and ammonia nitrogen conversion in a Submerged Aerated Biofilter (BF), used in the effluent post-treatment of an Anaerobic Baffed reactor (ABR). The BF, was built in pilot scale by PVC tubes with 0,40 m of external diameter and useful volume of 190,6 L. Cubic matrices of polyurethane foam with were used as support for cellular immobilization in an operation period of 180 days with HDT of 6, 4 and 12 hours, respectively. The investigations period was shared in two phases: BF in the phase I operated for 55 days with HDT of 6 hours and the oxygen transferring was done using a chamber not pressured; BF in the phase II operated for 28 days with HDT of 6 hours, 30 days with HDT of 4 hours and on the rest of the investigation period (67 days) with HDT of 12 hours. In this phase the chamber was initially removed due to not attending the DO demand necessary to keep aerobic condition into the BF and, compressed air was directly injected at the system. The removal averages efficiencies of CODr, BODr and SST in the phase I were 32,4%, 39,2% and 62% with average concentrations in the raw effluent of 146 mg CODr/L, 101,2 mg BODr/L and 25,1 mg TSS/L, respectively. Ammonia nitrogen conversion efficiency wasn\'t detected in this. In the phase II, operating with HDT of 6 hours, BF reached averages efficiencies of CODr, BODr and SST of 74%, 85% and 85% with averages concentrations in the raw effluent of 63 mg CODr/L, 15 mg BODr/L and 13 mg TSS/L, respectively. Nitrification process wasn\'t detected in this period too. For HDT of 4 hours, the removal averages efficiencies of CODr, BODr and SST were 77%, 70% and 71% with average concentrations in the raw effluent of 57 mg CODr/L, 27 mg BODr/L and 17 mg TSS/L, respectively. During this period ammonia nitrogen conversion also not occurred. In the ending phase, where BF operated with HDT of 12 hours, removal averages efficiencies found of CODr, BODr and TSS were 83%, 73% and 86% with averages concentrations in the raw effluent of 42 mg CODr/L, 36 mg BODr/L and 9 mg TSS/L, respectively. In this period the ammonia nitrogen conversion medium efficiency was 57,8% with medium concentration in the raw effluent of 10 mg N-ammonia/L. The polyurethane foam was appropriated for aerobic biomass immobilization however the bed washing was harmed by the same one due to its high absorption capacity. The direct air injection into the system resulted in a considerable efficiency increase producing a sufficiently clearly effluent.

O principal objeto desta pesquisa foi aprimorar a eficiência de remoção de DQO, DBO, SST e conversão de nitrogênio amoniacal de biofiltro aeróbio submerso (BF), aplicado no pós-tratamento do efluente de um reator anaeróbio compartimentado (RAC). O BF, em escala piloto, foi construído em tubos de PVC, com 0,40 m de diâmetro externo e volume útil de 190,6 L. Para a imobilização celular foram utilizadas, como material suporte, matrizes cúbicas de espuma de poliuretano, em um período total de operação de 180 dias e tempos de detenção hidráulica de 6, 4 e 12 horas, respectivamente. O trabalho de investigação foi dividido em duas fases: na fase I o BF operou por 55 dias com TDH de 6 horas, para a transferência de OD para o sistema foi utilizado uma câmara de saturação não pressurizada; na fase II, o BF operou por 28 dias com TDH de 6 horas; por 30 dias com TDH de 4 horas e no período restante por 67 dias com TDH de 12 horas. Nessa fase a câmara de saturação foi inicialmente removida por não atender à demanda de OD necessária para manter condições aeróbias no interior do BF; foi injetado ar comprimido diretamente no sistema. Foram alcançadas eficiências médias de remoção de DQOb, DBOb e SST; na fase I 32,4%, 39,2% e 62% com concentrações médias no efluente bruto de 143,7 mg DQOb/L, 101,2 mg DBOb/L e 25,1 mg SST/L, respectivamente. Nessa fase, não foi detectada eficiência de conversão de nitrogênio amoniacal. Na fase II, operando com TDH de 6 horas, o BF alcançou eficiências médias de remoção de DQOb, DBOb e SST de 74%, 85% e 85% com concentrações médias no efluente bruto de 63 mg DQOb/L, 15 mg DBOb/L e 13 mg SST/L, respectivamente. Nesse período também não foi detectado processo de nitrificação. Para TDH de 4 horas, as eficiências média de remoção de DQOb, DBOb e SST foram 77%, 70% e 71%, com concentrações médias no efluente bruto de 57 mg DQOb/L, 27 mg DBOb/L e 17 mg SST/L, respectivamente. Durante esse período também não ocorreu conversão de nitrogênio amoniacal. Na fase final, em que o BF operou com TDH de 12 horas, foram encontradas eficiências médias de remoção de DQOb, DBOb e SST de 83%, 73% e 86% com concentrações médias no efluente bruto de 42 mg DQOb/L, 36 mg DBOb/L e 9 mg SST/L, respectivamente. Nesse período a eficiência média de conversão de nitrogênio amoniacal foi de 57,8% com concentração média de 10 mg N-amoniacal/L no efluente bruto. A espuma de poliuretano foi adequada para imobilização da biomassa aeróbia, porém, a lavagem do leito foi dificultada pela mesma devido à sua alta capacidade de absorção. A injeção direta de ar no sistema resultou em considerável aumento da eficiência, produzindo efluente bastante clarificado. / The main object of this research was the removal efficiency improvement of COD, BOD, TSS and ammonia nitrogen conversion in a Submerged Aerated Biofilter (BF), used in the effluent post-treatment of an Anaerobic Baffed reactor (ABR). The BF, was built in pilot scale by PVC tubes with 0,40 m of external diameter and useful volume of 190,6 L. Cubic matrices of polyurethane foam with were used as support for cellular immobilization in an operation period of 180 days with HDT of 6, 4 and 12 hours, respectively. The investigations period was shared in two phases: BF in the phase I operated for 55 days with HDT of 6 hours and the oxygen transferring was done using a chamber not pressured; BF in the phase II operated for 28 days with HDT of 6 hours, 30 days with HDT of 4 hours and on the rest of the investigation period (67 days) with HDT of 12 hours. In this phase the chamber was initially removed due to not attending the DO demand necessary to keep aerobic condition into the BF and, compressed air was directly injected at the system. The removal averages efficiencies of CODr, BODr and SST in the phase I were 32,4%, 39,2% and 62% with average concentrations in the raw effluent of 146 mg CODr/L, 101,2 mg BODr/L and 25,1 mg TSS/L, respectively. Ammonia nitrogen conversion efficiency wasn\'t detected in this. In the phase II, operating with HDT of 6 hours, BF reached averages efficiencies of CODr, BODr and SST of 74%, 85% and 85% with averages concentrations in the raw effluent of 63 mg CODr/L, 15 mg BODr/L and 13 mg TSS/L, respectively. Nitrification process wasn\'t detected in this period too. For HDT of 4 hours, the removal averages efficiencies of CODr, BODr and SST were 77%, 70% and 71% with average concentrations in the raw effluent of 57 mg CODr/L, 27 mg BODr/L and 17 mg TSS/L, respectively. During this period ammonia nitrogen conversion also not occurred. In the ending phase, where BF operated with HDT of 12 hours, removal averages efficiencies found of CODr, BODr and TSS were 83%, 73% and 86% with averages concentrations in the raw effluent of 42 mg CODr/L, 36 mg BODr/L and 9 mg TSS/L, respectively. In this period the ammonia nitrogen conversion medium efficiency was 57,8% with medium concentration in the raw effluent of 10 mg N-ammonia/L. The polyurethane foam was appropriated for aerobic biomass immobilization however the bed washing was harmed by the same one due to its high absorption capacity. The direct air injection into the system resulted in a considerable efficiency increase producing a sufficiently clearly effluent.

Os efluentes com elevadas concentrações de lipídios, apesar de demonstrarem elevado potencial para produção de metano podem causar inibição da atividade do consórcio anaeróbio, impossibilitando a produção de biogás. O presente trabalho teve como objetivo o estudo de um reator anaeróbio compartimentado (ABR) com cinco compartimentos tratando efluente simulado de laticínio. Para tanto, a biomassa, foi adaptada por 51 dias e em seguida submetida a tempos de detenção de hidráulica (TDH) de 72h, 24h e 12h, tendo o monitoramento se estendido por 340 dias. Enquanto operando com TDH de 24, o sistema foi submetido a choques hidráulicos e de carga orgânica através da diminuição do TDH para 12 h. O reator absorveu bem a carga, e em 36 horas recuperou os valores prévios de eficiência. Quando operou permanentemente com 12 horas, todavia, problemas de flotação de biomassa e obstruções foram constantes. As eficiências de remoção de matéria orgânica alcançadas para cada condição aplicada foram de 92 ± 3,0; 91 ± 1,8 e 90 ± 2,4% para os TDH de 72h, 24h e 12h, respectivamente. Esses valores foram estatisticamente semelhantes (Anova e L-Fisher). A percentagem de metano no biogás aumentou com a redução de TDH, tendo sido 41 ± 23, 53 ± 27 e 62 ± 12% quando os TDH foram 72, 24 e 12 horas, respectivamente. A produção média de alcalinidade foi de 320±25 mg.CaCO3.L-1, sendo esta observada desde o início da operação. A relação média entre alcalinidade intermediária e parcial foi de 0.1±0.06 em amostras coletadas na saída do sistema. Embora apresentando problemas de obstrução com o menor TDH, o ABR foi eficiente, robusto e confiável ao tratar efluente de laticínios, tendo produzido um efluente líquido de alta qualidade e biogás rico em metano. / Effluents with high concentrations of lipids, although demonstrating high potential for methane production represents potential inhibition of the anaerobic consortium activity, depleting the production of biogas. This project was carried out monitoring an anaerobic hybrid baffled reactor with five compartments (ABR) treating simulated dairy wastewater. The biomass, was adapted for 51 days and then subjected to hydraulic retention times (HDT) of 72h, 24h and 12h, resulting in a monitoring period of 340 days. While operating with 24h of HRT, the system was subjected to three organic and hydraulic shock loads, when its HDT was decreased to 12 h. The reactor absorbed the shock within 36 hours, achieving similar efficiencies to the previous condition. Nevertheless, although presenting high organic matter efficiencies, when permanently operating with HDT of 12 h, clogging problems due to biomass flotation were constant. The organic matter removal efficiencies for each operational condition were 92 ± 3%, 91 ± 1.8%, 90 ± 2,4%. Those values were statistically similar. The methane percentage in the biogas increased with the HDT reduction, being 41 ± 23, 53 ± 27, and 62 ± 12% when the HDT were 72, 24 and 12 hours. Alkalinity production was observed since the beginning of operation. The mean relation between intermediate and partial alkalinity was 0.1±0.006 in samples collected in the system output. Although presenting clogging problems with the smallest HDT, the ABR was efficient, robust and reliable when treating dairy effluents, producing a high quality liquid effluent and a methane rich biogas.

Um dos principais resíduos gerados nos aterros é o lixiviado, que possui elevada concentração de matéria orgânica biodegradável e refratária e de matéria inorgânica, como nitrogênio amoniacal e metais pesados. O tratamento combinado de lixiviado com esgoto sanitário tem sido utilizado em algumas estações de tratamento de esgoto (ETE) brasileiras. No entanto, o processo ainda sofre vários questionamentos e incertezas, especialmente sobre os efeitos da adição do lixiviado sobre o sistema de tratamento. Nesse contexto, o presente trabalho visou avaliar a eficiência do tratamento combinado de lixiviado/esgoto em sistema de lodos ativados, em diferentes condições. Na primeira etapa desta pesquisa, foram realizados experimentos de tratabilidade em escala de bancada (regime de batelada) utilizando as proporções volumétricas de 0% (controle), 0,2%, 2% e 5% de lixiviado em diferentes condições experimentais. Dentre eles, o Experimento 2 (lixiviado pré-tratado por alcalinização e air stripping) se mostrou mais viável tecnicamente, alcançando eficiências de remoção da DBO, da DQO e do COD acima de 97, 82, 60%, respectivamente, até a proporção de 2% de lixiviado pré-tratado. Na segunda etapa da pesquisa, foi avaliada a tratabilidade utilizando reatores em escala piloto (regime contínuo) tratando esgoto sanitário com 2% (P1) e 0% (P2-controle) de lixiviado pré-tratado, com relação microrganismo-alimento de 0,22 kgDBO/kgSSV.dia, tempo de detenção hidráulica de 24 horas e idade do lodo de 20 dias. Os resultados indicaram viabilidade do tratamento nas condições estudadas com 2% de lixiviado pré-tratado, cujas eficiências médias de remoção da DBO, da DQO, do COD foram de 93, 84 e 60%, respectivamente. Esta pesquisa foi desenvolvida com apoio financeiro (Processo N° 2010/51955-2) da Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo (FAPESP). / The leachate is one of the main wastes generated in landfills, it has a high concentration of biodegradable and refractory organic matter and inorganic matter, such as ammonia and heavy metals. The combined treatment of leachate with sewage has been used in various sewage treatment plants in Brazil. However, there are still many questions and uncertainties about the process, especially the effects of adding leachate on the treatment system. In this context, this study aimed at evaluating the efficiency of combined treatment of leachate/sewage in activated sludge under different conditions. In the first stage of this research, treatability experiments were carried out in a bench scale (SBR) using the volumetric proportions of 0% (control), 0.2%, 2% and 5% leachate under different experimental conditions. The Experiment 2 (leachate pretreated by alkalinization and air stripping) was more technically feasible, achieving efficiencies of removal of BOD, COD and DOC above 97, 82, 60%, respectively, until the proportion of 2% pre-treated leachate. In the second stage of the research was evaluated the treatability using pilot-scale reactors (continuous flow) for sewage treatment with 2% (P1) and 0% (P2-control) leachate pretreated. The operational parameters adopted were food-microorganism rate of 0.22 kgDBO/ kgSSV.d, hydraulic retention time of 24 hours and the sludge retention time of 20 days. The results indicated the viability of the combined treatment with 2% leached pretreated, whose average efficiency of removing BOD, COD, DOC were 93, 84 and 60% respectively. This research was developed with financial support (case No. 2010/2-51955) of Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo (FAPESP).

A digestão anaeróbia é uma potencial solução para a destinação dos grandes volumes de vinhaça gerada em biorrefinarias de cana-de-açúcar. A alta concentração de matéria orgânica presente na vinhaça é uma questão importante a ser considerada, uma vez que as populações microbianas anaeróbias, principalmente metanogênicas, são sensíveis a sobrecargas orgânicas. Uma série de configurações de reatores, bem como diferentes estratégias de partida e operação tem sido aplicadas ao tratamento de vinhaça, como a recirculação do efluente tratado, a qual é usualmente empregada para prevenir eventos de sobrecarga orgânica. O objetivo deste estudo foi determinar a influência da recirculação de efluentes em reatores anaeróbios compartimentados (RAC) tratando águas residuárias concentradas, uma vez que a literatura não é conclusiva sobre os efeitos da recirculação neste tipo de reator. Para atingir esse objetivo, foi utilizada uma abordagem dupla: experimental e modelagem matemática. Um RAC com 4 compartimentos em série em escala de bancada foi alimentado com vinhaça de cana-de-açúcar (DQO = 18,0 g/L) e monitorado durante 273 dias. Os parâmetros cinéticos e de transferência de massa do reator foram obtidos e utilizados para criar um modelo matemático para a conversão da matéria orgânica no software Matlab®. Tanto os dados operacionais como os parâmetros cinéticos mostraram que a elevada concentração de DQO fez com que o RAC não se comportasse como um sistema de duas fases, bem como a recirculação não resultasse em melhorias relevantes de desempenho. O modelo matemático concordou com os dados operacionais e mostrou que, em termos de capacidade de conversão, o uso de elevadas taxas de recirculação não é necessário para um adequado desempenho do RAC, uma vez que a cinética bioquímica observada não foi expressivamente limitada pela concentração de substrato. / Anaerobic digestion is a potential approach to handle the large volume of vinasse generated in sugarcane biorefineries. The high concentration of organic matter present in vinasse is an important issue to be considered, since anaerobic microbial populations, mainly methanogens, are sensitive to organic overloads. A serie of reactors configurations, as well as different startup and operating strategies, have been applied to the treatment of vinasse, so that the recirculation of the treated effluent is usually used to prevent organic overloading events. The aim of this study was to determine the influence of effluent recirculation in anaerobic baffled reactors (ABR) treating high concentrated wastewater, since literature is not conclusive about its effects. To achieve this aim an experimental and mathematical modeling dual approach was employed. A bench-scale ABR with four serial baffleds was fed with sugarcane vinasse (COD = 18,0 g/L) and monitored for 273 days. Kinetic and mass transfer parameters were obtained and used to create a mathematical model for the organic matter conversion in Matlab®. Both the operating data and the kinetic parameters showed that at high COD concentrations the ABR does not behave as a two-stage system, as well as recirculation did not result in relevant performance improvements. The mathematical model agreed with the operational data and showed that, in terms of conversion capacity, the use of high recirculation ratios is not necessary for suitable ABR performance, since the observed biochemical kinetics were not high limited by the concentration of substrate.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1010298 bytes, checksum: a5a24de3f4abc4b3987d2584b46eea8f (MD5) Previous issue date: 2009-07-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The waste from fruit and vegetables and the discharge of domestic and industrial wastewaters in an unacceptable way cause serious problems for the majority of cities in Brazil and the rest of the world. The residues from fruit and vegetables and domestic and industrial wastewater could be treated jointly by the process of anaerobic digestion resulting in the production of energy and a reduction in negative environmental impacts. The principal objective of this work was to study the kinetics of the process of anaerobic biostabilization of vegetable residual solids (RSV), treated at different concentrations of total solids with the view to optimizing energy production and anaerobic biostabilization. To execute this study a completely mixed, compartmentalized anaerobic reactor comprising three compartments separated by glass plates with unit volumes of 25 litres, was designed, installed and monitored,. The resulting products from anaerobic biostabiliztion in the form of semi-solids were monitored weekly except for pH, total alkalinity and volatile fatty acids which jointly with biogas production were monitored twice weekly during a the total monitoring period of 294 days. The work was divided into two stages. In the first stage a substrate comprising twelve different types of vegetable solid waste with a total solids concentration equal to 75, 4 g/L was used. In the second stage the concentration of total solids applied to compartments C1, C2 and C3 were 40, 22.6 and 23.2 g/L respectively, with the with the level of humidity being adjusted by the addition of domestic sewage. The maximum percentage of methane in the biogas was 61.5% obtained in the first compartment (C1) of the reactor during the second experimental stage. The maximum kinetic constants for bioconversion (k) for COD total and soluble, TKN and sulphate during the first stage were respectively 3.86 x 10-2, 3.01 x 10-2, 4.75 x 10-2 and 2.13 x 10-2d-1. During the second stage of the study the values maximum obtained were 1.28 x 10-2, 1.90 x 10-2, 2.90 x 10-2 and 3.22 x 10-2d-1, for COD total and soluble, TKN and sulphate respectively. / O desperdício de frutas e verduras e o lançamento de águas residuárias domésticas ou industriais de forma inadequada representam sérios problemas para maioria das cidades do Brasil e do mundo. Os resíduos de frutas e verduras e as águas residuárias domésticas e industriais podem ser tratados de forma conjugada pelo processo de digestão anaeróbia, resultando no aproveitamento energético e na redução de impactos ao meio ambiente. O objetivo principal deste trabalho foi o estudo cinético do processo de bioestabilização anaeróbia de resíduos sólidos vegetais (RSV), tratados com diferentes concentrações de sólidos totais, visando o aproveitamento do potencial energético e consequentemente a bioestabilização anaeróbia do material orgânico. Para realização deste trabalho foi projetado, construído, instalado e monitorado um reator anaeróbio compartimentado de mistura completa, contendo três câmaras individuais de reação, construídas com placas de vidro, com volumes unitários de 25 litros. Os produtos resultantes do processo de bioestabilização anaeróbia que se encontravam na forma semi-sólida foram monitorados semanalmente, exceto pH, alcalinidade total e ácidos graxos voláteis que juntamente com o biogás foram monitorados duas vezes por semana; o período total de monitoração foi de 294 dias. O trabalho foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa, o substrato constituído por doze diferentes tipos de (RSV) foi digerido a uma concentração de sólidos totais igual a 75,4 g/L. Para realização da segunda etapa, a concentração de sólidos totais aplicada às câmaras C1, C2 e C3 foram de 40; 22,8 e 23,2 g/L respectivamente, haja vista o teor de umidade do substrato preparado ter sido ajustado com adição esgoto doméstico. A porcentagem máxima de metano contido no biogás foi de 61,5%, obtida para primeira câmara de reação, no decorrer da segunda etapa. A produção máxima de biogás foi de 56 litros, também obtida na primeira câmara C1, ao longo da segunda etapa. Os valores máximos das constantes cinéticas de bioconversão (k) obtidos no decorrer da primeira etapa para DQOt, DQOs, NTK e sulfato foram respectivamente 3,86.10-2, 3,01.10-2, 4,75.10-2 e 2,13.10-2d-1. Durante a segunda etapa do trabalho os valores máximos obtidos foram de 1,28.10-2, 1,90.10-2, 2,90.10-2 e 3,22.10-2d-1 para DQOt, DQOs, NTK e sulfato, respectivamente.

Os efluentes com elevadas concentrações de lipídios, apesar de demonstrarem elevado potencial para produção de metano podem causar inibição da atividade do consórcio anaeróbio, impossibilitando a produção de biogás. O presente trabalho teve como objetivo o estudo de um reator anaeróbio compartimentado (ABR) com cinco compartimentos tratando efluente simulado de laticínio. Para tanto, a biomassa, foi adaptada por 51 dias e em seguida submetida a tempos de detenção de hidráulica (TDH) de 72h, 24h e 12h, tendo o monitoramento se estendido por 340 dias. Enquanto operando com TDH de 24, o sistema foi submetido a choques hidráulicos e de carga orgânica através da diminuição do TDH para 12 h. O reator absorveu bem a carga, e em 36 horas recuperou os valores prévios de eficiência. Quando operou permanentemente com 12 horas, todavia, problemas de flotação de biomassa e obstruções foram constantes. As eficiências de remoção de matéria orgânica alcançadas para cada condição aplicada foram de 92 ± 3,0; 91 ± 1,8 e 90 ± 2,4% para os TDH de 72h, 24h e 12h, respectivamente. Esses valores foram estatisticamente semelhantes (Anova e L-Fisher). A percentagem de metano no biogás aumentou com a redução de TDH, tendo sido 41 ± 23, 53 ± 27 e 62 ± 12% quando os TDH foram 72, 24 e 12 horas, respectivamente. A produção média de alcalinidade foi de 320±25 mg.CaCO3.L-1, sendo esta observada desde o início da operação. A relação média entre alcalinidade intermediária e parcial foi de 0.1±0.06 em amostras coletadas na saída do sistema. Embora apresentando problemas de obstrução com o menor TDH, o ABR foi eficiente, robusto e confiável ao tratar efluente de laticínios, tendo produzido um efluente líquido de alta qualidade e biogás rico em metano. / Effluents with high concentrations of lipids, although demonstrating high potential for methane production represents potential inhibition of the anaerobic consortium activity, depleting the production of biogas. This project was carried out monitoring an anaerobic hybrid baffled reactor with five compartments (ABR) treating simulated dairy wastewater. The biomass, was adapted for 51 days and then subjected to hydraulic retention times (HDT) of 72h, 24h and 12h, resulting in a monitoring period of 340 days. While operating with 24h of HRT, the system was subjected to three organic and hydraulic shock loads, when its HDT was decreased to 12 h. The reactor absorbed the shock within 36 hours, achieving similar efficiencies to the previous condition. Nevertheless, although presenting high organic matter efficiencies, when permanently operating with HDT of 12 h, clogging problems due to biomass flotation were constant. The organic matter removal efficiencies for each operational condition were 92 ± 3%, 91 ± 1.8%, 90 ± 2,4%. Those values were statistically similar. The methane percentage in the biogas increased with the HDT reduction, being 41 ± 23, 53 ± 27, and 62 ± 12% when the HDT were 72, 24 and 12 hours. Alkalinity production was observed since the beginning of operation. The mean relation between intermediate and partial alkalinity was 0.1±0.006 in samples collected in the system output. Although presenting clogging problems with the smallest HDT, the ABR was efficient, robust and reliable when treating dairy effluents, producing a high quality liquid effluent and a methane rich biogas.

Um dos principais resíduos gerados nos aterros é o lixiviado, que possui elevada concentração de matéria orgânica biodegradável e refratária e de matéria inorgânica, como nitrogênio amoniacal e metais pesados. O tratamento combinado de lixiviado com esgoto sanitário tem sido utilizado em algumas estações de tratamento de esgoto (ETE) brasileiras. No entanto, o processo ainda sofre vários questionamentos e incertezas, especialmente sobre os efeitos da adição do lixiviado sobre o sistema de tratamento. Nesse contexto, o presente trabalho visou avaliar a eficiência do tratamento combinado de lixiviado/esgoto em sistema de lodos ativados, em diferentes condições. Na primeira etapa desta pesquisa, foram realizados experimentos de tratabilidade em escala de bancada (regime de batelada) utilizando as proporções volumétricas de 0% (controle), 0,2%, 2% e 5% de lixiviado em diferentes condições experimentais. Dentre eles, o Experimento 2 (lixiviado pré-tratado por alcalinização e air stripping) se mostrou mais viável tecnicamente, alcançando eficiências de remoção da DBO, da DQO e do COD acima de 97, 82, 60%, respectivamente, até a proporção de 2% de lixiviado pré-tratado. Na segunda etapa da pesquisa, foi avaliada a tratabilidade utilizando reatores em escala piloto (regime contínuo) tratando esgoto sanitário com 2% (P1) e 0% (P2-controle) de lixiviado pré-tratado, com relação microrganismo-alimento de 0,22 kgDBO/kgSSV.dia, tempo de detenção hidráulica de 24 horas e idade do lodo de 20 dias. Os resultados indicaram viabilidade do tratamento nas condições estudadas com 2% de lixiviado pré-tratado, cujas eficiências médias de remoção da DBO, da DQO, do COD foram de 93, 84 e 60%, respectivamente. Esta pesquisa foi desenvolvida com apoio financeiro (Processo N° 2010/51955-2) da Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo (FAPESP). / The leachate is one of the main wastes generated in landfills, it has a high concentration of biodegradable and refractory organic matter and inorganic matter, such as ammonia and heavy metals. The combined treatment of leachate with sewage has been used in various sewage treatment plants in Brazil. However, there are still many questions and uncertainties about the process, especially the effects of adding leachate on the treatment system. In this context, this study aimed at evaluating the efficiency of combined treatment of leachate/sewage in activated sludge under different conditions. In the first stage of this research, treatability experiments were carried out in a bench scale (SBR) using the volumetric proportions of 0% (control), 0.2%, 2% and 5% leachate under different experimental conditions. The Experiment 2 (leachate pretreated by alkalinization and air stripping) was more technically feasible, achieving efficiencies of removal of BOD, COD and DOC above 97, 82, 60%, respectively, until the proportion of 2% pre-treated leachate. In the second stage of the research was evaluated the treatability using pilot-scale reactors (continuous flow) for sewage treatment with 2% (P1) and 0% (P2-control) leachate pretreated. The operational parameters adopted were food-microorganism rate of 0.22 kgDBO/ kgSSV.d, hydraulic retention time of 24 hours and the sludge retention time of 20 days. The results indicated the viability of the combined treatment with 2% leached pretreated, whose average efficiency of removing BOD, COD, DOC were 93, 84 and 60% respectively. This research was developed with financial support (case No. 2010/2-51955) of Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo (FAPESP).

A digestão anaeróbia é uma potencial solução para a destinação dos grandes volumes de vinhaça gerada em biorrefinarias de cana-de-açúcar. A alta concentração de matéria orgânica presente na vinhaça é uma questão importante a ser considerada, uma vez que as populações microbianas anaeróbias, principalmente metanogênicas, são sensíveis a sobrecargas orgânicas. Uma série de configurações de reatores, bem como diferentes estratégias de partida e operação tem sido aplicadas ao tratamento de vinhaça, como a recirculação do efluente tratado, a qual é usualmente empregada para prevenir eventos de sobrecarga orgânica. O objetivo deste estudo foi determinar a influência da recirculação de efluentes em reatores anaeróbios compartimentados (RAC) tratando águas residuárias concentradas, uma vez que a literatura não é conclusiva sobre os efeitos da recirculação neste tipo de reator. Para atingir esse objetivo, foi utilizada uma abordagem dupla: experimental e modelagem matemática. Um RAC com 4 compartimentos em série em escala de bancada foi alimentado com vinhaça de cana-de-açúcar (DQO = 18,0 g/L) e monitorado durante 273 dias. Os parâmetros cinéticos e de transferência de massa do reator foram obtidos e utilizados para criar um modelo matemático para a conversão da matéria orgânica no software Matlab®. Tanto os dados operacionais como os parâmetros cinéticos mostraram que a elevada concentração de DQO fez com que o RAC não se comportasse como um sistema de duas fases, bem como a recirculação não resultasse em melhorias relevantes de desempenho. O modelo matemático concordou com os dados operacionais e mostrou que, em termos de capacidade de conversão, o uso de elevadas taxas de recirculação não é necessário para um adequado desempenho do RAC, uma vez que a cinética bioquímica observada não foi expressivamente limitada pela concentração de substrato. / Anaerobic digestion is a potential approach to handle the large volume of vinasse generated in sugarcane biorefineries. The high concentration of organic matter present in vinasse is an important issue to be considered, since anaerobic microbial populations, mainly methanogens, are sensitive to organic overloads. A serie of reactors configurations, as well as different startup and operating strategies, have been applied to the treatment of vinasse, so that the recirculation of the treated effluent is usually used to prevent organic overloading events. The aim of this study was to determine the influence of effluent recirculation in anaerobic baffled reactors (ABR) treating high concentrated wastewater, since literature is not conclusive about its effects. To achieve this aim an experimental and mathematical modeling dual approach was employed. A bench-scale ABR with four serial baffleds was fed with sugarcane vinasse (COD = 18,0 g/L) and monitored for 273 days. Kinetic and mass transfer parameters were obtained and used to create a mathematical model for the organic matter conversion in Matlab®. Both the operating data and the kinetic parameters showed that at high COD concentrations the ABR does not behave as a two-stage system, as well as recirculation did not result in relevant performance improvements. The mathematical model agreed with the operational data and showed that, in terms of conversion capacity, the use of high recirculation ratios is not necessary for suitable ABR performance, since the observed biochemical kinetics were not high limited by the concentration of substrate.