Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Angelica _Chini.pdf: 1719142 bytes, checksum: cacffbf4d6a7bd7dd87a559756ed1238 (MD5) Previous issue date: 2015-02-13 / Nitrogen is an essential nutrient for the survival of living organisms, and although abundant as a gas (N₂), it is largely inaccessible in this form to most beings. Nitrogen only becomes accessible when converted into, for example, ammonia, nitrite and nitrate. These substances can be found in high concentrations in effluents, such as swine wastewater, generating a high concentration of nutrients, which may cause damage to the environment and to public health. Biological processes are widely used to remove high nutrients loads. In this context, anammox, partial nitritation (PN) and their combination, as deammonification, are being studied for nitrogen removal. The deammonification consists in ammonia oxidation by PN and that generates substrate to anammox activity; therefore, it must have partial nitrification control to prevent nitrite accumulation. The nitrite concentration in the reactor can inhibit the anammox process, which can be controlled with different strategies, such as aeration and reactor configuration. Considering this, the present study aimed to evaluate two reactors configurations suspended and expanded sludge, for reactor configuration evaluation on deammonification process. For this, two up flow reactors were used with intermittent feeding and aeration at 30 min cycles (15 min on/ 15 min off), one with suspended and the other with expanded bed. These possess working volume of 1 L, 55 g (w/v) of biofilm plastic carrier, the temperature was maintained at 25 °C, HRT 9 h, circulation input flow rate of 2.70 L.d⁻¹ and recirculation flow rate was 2.5 times the input and it was fed with synthetic medium. It was possible to establish deammonification process in the two reactors and the experiments were carried out: phase I and III were unstable (air flow rate of 30 mL.min⁻¹.L⁻¹) and phase II was stable (air flow rate of 20 mL.min⁻¹.L⁻¹). Thus, in the tested process conditions, it was inferred that the ideal air flow rate was of 20 mL.min⁻¹.L⁻¹. The expanded biomass reactor configuration achieved better nitrogen removal efficiencies, being 1.23 more efficient than suspended bed, thus being considered the best option for the process under study. In the anammox and nitrifying quantification, there were no significant changes in the suspended bed reactor, only nitrifying growth in phase III. For the expanded bed reactor, anammox bacteria increased in phase II. The results showed that the expanded bed reactor presented a performance 23.06% more efficient than the suspended bed reactor. / O nitrogênio é um dos nutrientes essenciais para a sobrevivência dos organismos vivos e, embora abundante como gás (N₂), é em grande parte inacessível nesta forma à maioria dos organismos. O nitrogênio só se torna acessível quando convertido em, por exemplo, amônia, nitrito e nitrato. Substâncias essas que são encontradas em elevadas concentrações em efluentes, como os da suinocultura, gerando uma elevada concentração de nutrientes,que podem causar danos ao meio ambiente e à saúde pública. Para a remoção de elevadas cargas de nutrientes, os processos biológicos são amplamente utilizados. Assim, os processos anammox, nitritação parcial e seus sistemas combinados, como a desamonificação, estão sendo estudados para a remoção do nitrogênio. A desamonificação consiste na oxidação da amônia pela nitritação parcial (NP), gerando substrato para as bactérias com atividade anammox. Por isso, é necessário que ocorra controle rigoroso da NP a fim de evitar acúmulo de nitrito. O controle da produção de nitrito, a qual pode inibir as bactérias com atividade anammox,pode ser de várias formas, como, por exemplo, estratégias de aeração e configuração de reatores. Considerando estes aspectos, propõe-se estudar duas configurações de reatores, biomassa suspensa e biomassa expandida, com o intuito de avaliar a influência destas configurações em relação ao processo de desamonificação. Para isto, foram utilizados dois reatores de fluxo ascendente, com alimentação e aeração intermitente em ciclos de 30 min (sendo alimentação e aeração ligadas por 15 min e desligadas por 15 min), um com leito suspenso e outro expandido. Reatores com volume útil de 1L e 55 g (v/v) de meio suporte, temperatura mantida em 25 °C, TRH de 9 h, vazão de alimentação de 2,70 L.d⁻¹ e a de recirculação foi 2,5 vezes a de entrada. Os reatores foram alimentados com meio de cultura sintético contendo nitrogênio amoniacal total na faixa de 300 mgN.L⁻¹. A partir disso, foi possível estabelecer o processo de desamonificação nos dois reatores com vazões de ar de 20 e 30 mL.min⁻¹.L⁻¹, em três diferentes fases. As fases I e III foram instáveis (vazão de ar de 30 mL.min⁻¹.L⁻¹), ao passo que a fase II foi estável (vazão de ar de 20 mL.min⁻¹.L⁻¹). Dessa maneira, nas condições de processo testadas, inferiu-se que a vazão de ar de 20 mL.min⁻¹.L⁻¹ é a ideal. A configuração de reator de biomassa expandida obteve melhores resultados na remoção de nitrogênio, tendo 1,23 vezes maior eficiência do que o de biomassa suspensa. Assim sendo, o reator de leito expandido se mostrou a melhor opção para o processo estudado. Já na quantificação de biomassa anammox e nitrificante, não houve alterações significativas no reator de leito suspenso, somente crescimento de bactéria nitrificante na fase III. O reator de leito expandido, além disto, também apresentou crescimento de bactérias com atividade anammox na fase II. Os resultados evidenciaram que o reator de leito expandido teve um desempenho 23,06% superior ao de leito suspenso

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Angelica _Chini.pdf: 1719142 bytes, checksum: cacffbf4d6a7bd7dd87a559756ed1238 (MD5) Previous issue date: 2015-02-13 / Nitrogen is an essential nutrient for the survival of living organisms, and although abundant as a gas (N₂), it is largely inaccessible in this form to most beings. Nitrogen only becomes accessible when converted into, for example, ammonia, nitrite and nitrate. These substances can be found in high concentrations in effluents, such as swine wastewater, generating a high concentration of nutrients, which may cause damage to the environment and to public health. Biological processes are widely used to remove high nutrients loads. In this context, anammox, partial nitritation (PN) and their combination, as deammonification, are being studied for nitrogen removal. The deammonification consists in ammonia oxidation by PN and that generates substrate to anammox activity; therefore, it must have partial nitrification control to prevent nitrite accumulation. The nitrite concentration in the reactor can inhibit the anammox process, which can be controlled with different strategies, such as aeration and reactor configuration. Considering this, the present study aimed to evaluate two reactors configurations suspended and expanded sludge, for reactor configuration evaluation on deammonification process. For this, two up flow reactors were used with intermittent feeding and aeration at 30 min cycles (15 min on/ 15 min off), one with suspended and the other with expanded bed. These possess working volume of 1 L, 55 g (w/v) of biofilm plastic carrier, the temperature was maintained at 25 °C, HRT 9 h, circulation input flow rate of 2.70 L.d⁻¹ and recirculation flow rate was 2.5 times the input and it was fed with synthetic medium. It was possible to establish deammonification process in the two reactors and the experiments were carried out: phase I and III were unstable (air flow rate of 30 mL.min⁻¹.L⁻¹) and phase II was stable (air flow rate of 20 mL.min⁻¹.L⁻¹). Thus, in the tested process conditions, it was inferred that the ideal air flow rate was of 20 mL.min⁻¹.L⁻¹. The expanded biomass reactor configuration achieved better nitrogen removal efficiencies, being 1.23 more efficient than suspended bed, thus being considered the best option for the process under study. In the anammox and nitrifying quantification, there were no significant changes in the suspended bed reactor, only nitrifying growth in phase III. For the expanded bed reactor, anammox bacteria increased in phase II. The results showed that the expanded bed reactor presented a performance 23.06% more efficient than the suspended bed reactor. / O nitrogênio é um dos nutrientes essenciais para a sobrevivência dos organismos vivos e, embora abundante como gás (N₂), é em grande parte inacessível nesta forma à maioria dos organismos. O nitrogênio só se torna acessível quando convertido em, por exemplo, amônia, nitrito e nitrato. Substâncias essas que são encontradas em elevadas concentrações em efluentes, como os da suinocultura, gerando uma elevada concentração de nutrientes,que podem causar danos ao meio ambiente e à saúde pública. Para a remoção de elevadas cargas de nutrientes, os processos biológicos são amplamente utilizados. Assim, os processos anammox, nitritação parcial e seus sistemas combinados, como a desamonificação, estão sendo estudados para a remoção do nitrogênio. A desamonificação consiste na oxidação da amônia pela nitritação parcial (NP), gerando substrato para as bactérias com atividade anammox. Por isso, é necessário que ocorra controle rigoroso da NP a fim de evitar acúmulo de nitrito. O controle da produção de nitrito, a qual pode inibir as bactérias com atividade anammox,pode ser de várias formas, como, por exemplo, estratégias de aeração e configuração de reatores. Considerando estes aspectos, propõe-se estudar duas configurações de reatores, biomassa suspensa e biomassa expandida, com o intuito de avaliar a influência destas configurações em relação ao processo de desamonificação. Para isto, foram utilizados dois reatores de fluxo ascendente, com alimentação e aeração intermitente em ciclos de 30 min (sendo alimentação e aeração ligadas por 15 min e desligadas por 15 min), um com leito suspenso e outro expandido. Reatores com volume útil de 1L e 55 g (v/v) de meio suporte, temperatura mantida em 25 °C, TRH de 9 h, vazão de alimentação de 2,70 L.d⁻¹ e a de recirculação foi 2,5 vezes a de entrada. Os reatores foram alimentados com meio de cultura sintético contendo nitrogênio amoniacal total na faixa de 300 mgN.L⁻¹. A partir disso, foi possível estabelecer o processo de desamonificação nos dois reatores com vazões de ar de 20 e 30 mL.min⁻¹.L⁻¹, em três diferentes fases. As fases I e III foram instáveis (vazão de ar de 30 mL.min⁻¹.L⁻¹), ao passo que a fase II foi estável (vazão de ar de 20 mL.min⁻¹.L⁻¹). Dessa maneira, nas condições de processo testadas, inferiu-se que a vazão de ar de 20 mL.min⁻¹.L⁻¹ é a ideal. A configuração de reator de biomassa expandida obteve melhores resultados na remoção de nitrogênio, tendo 1,23 vezes maior eficiência do que o de biomassa suspensa. Assim sendo, o reator de leito expandido se mostrou a melhor opção para o processo estudado. Já na quantificação de biomassa anammox e nitrificante, não houve alterações significativas no reator de leito suspenso, somente crescimento de bactéria nitrificante na fase III. O reator de leito expandido, além disto, também apresentou crescimento de bactérias com atividade anammox na fase II. Os resultados evidenciaram que o reator de leito expandido teve um desempenho 23,06% superior ao de leito suspenso

Os reatores UASB (upflow anaerobic sludge blanket reactors) foram um marco histórico no tratamento de efluentes ao propiciar alta retenção de sólidos e boa mistura entre biomassa e afluente. Apesar de os reatores com a concepção original dos UASB serem usados com sucesso em muitas estações de tratamento de esgoto, algumas questões relacionadas a sua operação, construção e manutenção ainda prevalecem. Sendo assim, novas configurações baseadas na concepção tradicional de reatores de manta de lodo podem simbolizar novas tentativas para sanar essas questões. Neste contexto, uma configuração que emprega manta de lodo, objetivando principalmente a eliminação dos separadores trifásicos e adoção mistura com jatos, é aqui proposta, almejando simplificar a distribuição/mistura do esgoto afluente. A pesquisa foi, assim, realizada primeiramente em escala de bancada para determinar do gradiente de velocidade médio necessário para suspensão de sólidos, resultando em valores favoráveis de até 20 s-1. Na segunda fase, uma instalação piloto de 2,69 m3, construída em acrílico, foi utilizada para o estudo das características do jato e dos bocais, e do regime de mistura proporcionado pelo mesmo. Com auxílio das informações obtidas na primeira e segunda fases, a terceira fase do experimento abrangeu a reforma de um reator UASB tradicional, em escala piloto de 20,8 m3, para a implantação desse novo sistema de tratamento: removeram-se os sistemas para coleta de gases e de distribuição de fundo e implantou-se alimentação intermitente por meio de jatos, além de unidade de decantador de alta taxa. Em essência, o novo sistema foi dividido em duas zonas distintas: uma para as reações e outra provida de decantação laminar para a remoção de sólidos suspensos. Na primeira zona, a entrada de esgoto sanitário deu-se por meio de bocal que proporcionou jato para mistura da manta de lodo através da carga manométrica fornecida por reservatório elevado. A velocidade de entrada no reator e o alcance do jato puderam ser determinados, constatando-se que o número de pontos de entrada no reator pode ser reduzido (em relação ao número de pontos recomendados tradicionalmente: 2 a 4 m2, por ponto). O gradiente de velocidade aplicado durante cada jato (com 30 segundos de duração) foi de 16,6 s-1. Para o reator da terceira fase, na fase estável da operação, obteve-se eficiência de remoção de 52,79%, 70,90 % e 47,00% para DQO, DBO e SST, respectivamente. Adicionalmente, avaliou-se o uso de filtro rápido de camada única de areia para o pós-tratamento do efluente do reator anaeróbio, cujas remoções de DQO, SST e Turbidez (para taxa de aplicação de 100 m3.m-2.dia-1) foram de 54,94%, 84,44% e 81,71% respectivamente. Concluiu-se, desta forma, a viabilidade da operação do reator de manta de lodo com alimentação intermitente e sem necessidade de instalação do sistema separador trifásico. / In spite of reactors with the original design of UASB are successfully used in many wastewater treatment plants, some issues regarding the operation, construction and maintenance of these reactors still prevail. Thus, new configurations based on the traditional conception of sludge blanket reactors may signify new tries to solve these issues. In this context, this research proposes a new configuration, using sludge blanket, mainly aiming at the elimination of the three-phase separators and adoption of a mixture through jets in order to simplify distribution / mixing of the influent. Therefore firstly a bench scale study was conducted to determine the required average velocity gradient for suspension of solids, resulting in favorable values up to 20 s-1. In the second phase, a 2.69 m3 pilot plant was built in acrylic to study the characteristics of the jet and the nozzles, and the resulting mixing state. After this stage, and with the contribution of information obtained in the earlier stages, a traditional pilotscale UASB reactor of 20.8 m3 was adapted for the implementation of this new treatment system: the systems for gas collection and distribution of background were removed, and a high-rate sedimentation unit and intermittently feed through jets were introduced. In essence, the new system has been divided into two distinct zones: one for reactions and other provided of laminar decantation to remove suspended solids. In the reaction zone the entry of sewage was given through jet for mixing the sludge blanket. The mixing energy was provided by jet stemmed on an elevated tank, where the sewer was accumulated. The jet range and entry velocity into the reactor could be determined, noting that the number of entry points in the reactor can be reduced (relative to the number of points traditionally recommended: 2 to 4 m2 per point). The velocity gradient applied during each jet (with a 30 seconds duration) was 16.6 s-1. The pilot-scale reactor (third phase), in stable-phase operation, got a removal efficiency of 52.79%, 70.90% and 47.00% for COD, BOD and TSS, respectively. Additionally, were evaluated the use of unique coating rapid sand filter to the post-treatment of the effluent in the anaerobic reactor. The removals obtained for COD, TSS and Turbidity (for application rate of 100 m3.m-2.dia-1) were 54.94%, 84.44% and 81.71% respectively. It was concluded, therefore, the viability of the sludge blanket reactor operation with intermittent feed and without threephase separator system installation.

Os reatores UASB (upflow anaerobic sludge blanket reactors) foram um marco histórico no tratamento de efluentes ao propiciar alta retenção de sólidos e boa mistura entre biomassa e afluente. Apesar de os reatores com a concepção original dos UASB serem usados com sucesso em muitas estações de tratamento de esgoto, algumas questões relacionadas a sua operação, construção e manutenção ainda prevalecem. Sendo assim, novas configurações baseadas na concepção tradicional de reatores de manta de lodo podem simbolizar novas tentativas para sanar essas questões. Neste contexto, uma configuração que emprega manta de lodo, objetivando principalmente a eliminação dos separadores trifásicos e adoção mistura com jatos, é aqui proposta, almejando simplificar a distribuição/mistura do esgoto afluente. A pesquisa foi, assim, realizada primeiramente em escala de bancada para determinar do gradiente de velocidade médio necessário para suspensão de sólidos, resultando em valores favoráveis de até 20 s-1. Na segunda fase, uma instalação piloto de 2,69 m3, construída em acrílico, foi utilizada para o estudo das características do jato e dos bocais, e do regime de mistura proporcionado pelo mesmo. Com auxílio das informações obtidas na primeira e segunda fases, a terceira fase do experimento abrangeu a reforma de um reator UASB tradicional, em escala piloto de 20,8 m3, para a implantação desse novo sistema de tratamento: removeram-se os sistemas para coleta de gases e de distribuição de fundo e implantou-se alimentação intermitente por meio de jatos, além de unidade de decantador de alta taxa. Em essência, o novo sistema foi dividido em duas zonas distintas: uma para as reações e outra provida de decantação laminar para a remoção de sólidos suspensos. Na primeira zona, a entrada de esgoto sanitário deu-se por meio de bocal que proporcionou jato para mistura da manta de lodo através da carga manométrica fornecida por reservatório elevado. A velocidade de entrada no reator e o alcance do jato puderam ser determinados, constatando-se que o número de pontos de entrada no reator pode ser reduzido (em relação ao número de pontos recomendados tradicionalmente: 2 a 4 m2, por ponto). O gradiente de velocidade aplicado durante cada jato (com 30 segundos de duração) foi de 16,6 s-1. Para o reator da terceira fase, na fase estável da operação, obteve-se eficiência de remoção de 52,79%, 70,90 % e 47,00% para DQO, DBO e SST, respectivamente. Adicionalmente, avaliou-se o uso de filtro rápido de camada única de areia para o pós-tratamento do efluente do reator anaeróbio, cujas remoções de DQO, SST e Turbidez (para taxa de aplicação de 100 m3.m-2.dia-1) foram de 54,94%, 84,44% e 81,71% respectivamente. Concluiu-se, desta forma, a viabilidade da operação do reator de manta de lodo com alimentação intermitente e sem necessidade de instalação do sistema separador trifásico. / In spite of reactors with the original design of UASB are successfully used in many wastewater treatment plants, some issues regarding the operation, construction and maintenance of these reactors still prevail. Thus, new configurations based on the traditional conception of sludge blanket reactors may signify new tries to solve these issues. In this context, this research proposes a new configuration, using sludge blanket, mainly aiming at the elimination of the three-phase separators and adoption of a mixture through jets in order to simplify distribution / mixing of the influent. Therefore firstly a bench scale study was conducted to determine the required average velocity gradient for suspension of solids, resulting in favorable values up to 20 s-1. In the second phase, a 2.69 m3 pilot plant was built in acrylic to study the characteristics of the jet and the nozzles, and the resulting mixing state. After this stage, and with the contribution of information obtained in the earlier stages, a traditional pilotscale UASB reactor of 20.8 m3 was adapted for the implementation of this new treatment system: the systems for gas collection and distribution of background were removed, and a high-rate sedimentation unit and intermittently feed through jets were introduced. In essence, the new system has been divided into two distinct zones: one for reactions and other provided of laminar decantation to remove suspended solids. In the reaction zone the entry of sewage was given through jet for mixing the sludge blanket. The mixing energy was provided by jet stemmed on an elevated tank, where the sewer was accumulated. The jet range and entry velocity into the reactor could be determined, noting that the number of entry points in the reactor can be reduced (relative to the number of points traditionally recommended: 2 to 4 m2 per point). The velocity gradient applied during each jet (with a 30 seconds duration) was 16.6 s-1. The pilot-scale reactor (third phase), in stable-phase operation, got a removal efficiency of 52.79%, 70.90% and 47.00% for COD, BOD and TSS, respectively. Additionally, were evaluated the use of unique coating rapid sand filter to the post-treatment of the effluent in the anaerobic reactor. The removals obtained for COD, TSS and Turbidity (for application rate of 100 m3.m-2.dia-1) were 54.94%, 84.44% and 81.71% respectively. It was concluded, therefore, the viability of the sludge blanket reactor operation with intermittent feed and without threephase separator system installation.