Real-time and on-line monitoring of wastewater quality is a subject of growing concern both in the United Kingdom and internationally. Global organic load parameters are traditionally used to define wastewater characteristics and to demonstrate that a wastewater treatment plant meets statutory law. However these measurements are mainly based on sample collection and retrospective analysis which can be time consuming. Existing on-line instruments remain limited by environmental factors, short lifetimes and fouling problems due to the harsh environment in which they have to be located. The recent availability of commercial sensor array instruments could offer a rapid and relatively simple technique for non-invasive monitoring.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:25:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Denise.pdf: 2063586 bytes, checksum: a2d861cc1b3132a42bea2b253e274250 (MD5) Previous issue date: 2012-02-14 / The cassava processing for starch or flour production generates some wastewater (manipueira) with high organic load and toxic compounds, which cause environmental degradation. In the western Paraná region, there are several starch factories, so its waste generation is a concern for the correct treatment and disposal. Thus, anaerobic reactors are a cost-effective option to treat manipueira since its waste has an easy biological degradation. However, anaerobic digestion requires the monitoring of management conditions as the steady ratio of volatile acidity/total alkalinity. Usually, when this ratio becomes high enough and makes impossible the conversion process of chemical compounds in biogas, substances that provide alkalinity to the medium are used. The utilization of lime stone in manipueira anaerobic treatment was the aim of this trial, whose specific goals were to evaluate the limestone efficiency as alkalizing agent, the efficiency system on organic matter removal, solids removal and biogas production and the potential use of the reactor effluent as a biofertilizer. An anaerobic horizontal reactor was used with the following measures: length:width ratio 1:6; 15.9 L total volume and 7.95 L net volume. The studied reactor had five sampling points, distributed along its form, whose main point was used as an output for the produced biogas. Biogas was stored in two gasometers of floating dome type. These ones, in turn, had coupled thermometers, pressure gauges and valves to release the daily biogas. The reactor was kept under water bath at nearly 27 oC. The inoculum was sludge that came from a similar reactor used for manipueira treatment. The limestone contained 27.33% CaO and 22.97% MgO that were standardized according to the size, so the used limestone ranged from 24.5 to 38.1 mm. The mass of stones / manipueira volume ratio was 50%. The reactor supplying occurred under sequence and manipueira volume was distributed throughout the day by a peristaltic pump connected to a timer. The organic loads were estimated based on organic load concentration of gross manipueira, according to the Chemical Oxygen Demand value. The applied organic loads were: 1.23, 1.54, 1.84, 2.45, 3.40, 4.96, 6.01, 8.11, 10.14, 12.39, 14.79 and 16,43 g COD Lr -1 d-1, with their respective hydraulic retention times: 10, 7.99, 6.65, 5.0, 4.42, 1.69, 1.39, 2.21, 1, 77, 1.45, 0.88 and 0.80 days. The Ca2+ ion concentrations in the reactor effluent increased while Mg2+ ion concentrations decreased. TA, pH, VA and VA/TA averages were 6.69, 882.54 mg CaCO3 L-1, 221.55 mg CH3COOH L-1 and 0.22, respectively. VFA was detected in the reactor effluent. TS, FTS, VTS and COD removals were 84.01, 35.98, 93.43 and 86.88%, respectively, and the average of specific biogas production was 0.12 L biogas g CODremoved -1. The reactor effluent showed higher overall averages of N, P and K concentrations as 162.24, 14.82 and 520.29 mg L-1. At last, it can be concluded that the system operated under optimal conditions for methanogenic bacteria activity, however, the specific biogas production was lower than expected. The solids and organic matter removals were satisfactory according to an anaerobic treatment and the effluent can be used as biofertilizer / O processamento da mandioca para produção de fécula ou farinha gera água residuária (manipueira) caracterizada pela elevada carga orgânica e presença de compostos tóxicos, causadores de degradação ambiental. No Oeste do Paraná, a concentração de fecularias e a geração do resíduo são motivo de preocupação quanto ao tratamento e descarte apropriados. Os reatores anaeróbios são uma alternativa eficaz e econômica de tratamento para a manipueira, que é um resíduo de fácil degradação biológica. Contudo, a digestão anaeróbia exige monitoramento das condições operacionais, dentre as quais, a estabilidade da relação acidez volátil/alcalinidade total. Geralmente, quando essa relação torna-se elevada a ponto de inviabilizar o processo de conversão dos compostos químicos em biogás, são utilizadas substâncias capazes de fornecer alcalinidade ao meio. A utilização de pedras de calcário dolomítico em reator anaeróbio para tratamento da manipueira foi o objetivo geral deste trabalho, cujos objetivos específicos foram avaliar a eficiência do calcário como agente alcalinizante, a eficiência do sistema quanto à remoção de matéria orgânica, a remoção de sólidos e produção de biogás e a potencialidade do uso do efluente do reator como biofertilizante. Foi utilizado reator anaeróbio horizontal com relação largura: comprimento de 1:6, volume total de 15,9 L e volume útil de 7,95 L. O reator continha cinco pontos de coleta de amostras, distribuídos ao longo do perfil, cujo ponto central servia como saída do biogás produzido. O biogás era armazenado em dois gasômetros do tipo cúpula flutuante. Esses, por sua vez, possuíam termômetros acoplados bem como manômetros e válvulas para liberação diária do biogás. O reator foi mantido em banho-maria à temperatura de aproximadamente 27 oC. O inóculo utilizado era o lodo proveniente de um reator semelhante utilizado para tratamento de manipueira. As pedras de calcário continham 27,33% de CaO e 22,97% de MgO e foram padronizadas quanto à granulometria, portanto, foram utilizadas pedras de tamanho entre 24,5 e 38,1 mm. A relação massa de pedras/volume de manipueira foi de 50%. O abastecimento do reator deu-se de forma sequencial, com o volume de manipueira distribuído ao longo do dia por bomba peristáltica ligada a um temporizador. As cargas orgânicas utilizadas foram estimadas com base na concentração de carga orgânica da manipueira bruta, por meio da Demanda Química de Oxigênio. Foram aplicadas as cargas de 1,23, 1,54, 1,84, 2,45, 3,40, 4,96, 6,01, 8,11, 10,14, 12,39, 14,79 e 16,43 g DQO Lr -1 d-1, com os respectivos tempos de detenção hidráulica: 10, 7,99, 6,65, 5,0, 4,42, 1,69, 1,39, 2,21, 1,77, 1,45, 0,88 e 0,80 dias. As concentrações do íon Ca2+ aumentaram no efluente do reator, enquanto as concentrações do íon Mg2+ diminuíram. As médias de pH, AT, AV e AV/AT foram 6,69, 882,54 mg CaCO3 L-1, 221,55 mg CH3COOH L-1 e 0,22, respectivamente. Foi detectada presença de AGV no efluente do reator. As remoções de ST, STF, STV e DQO foram de 84,01, 35,98, 93,43 e 86,88%, respectivamente, e a média de produção específica de biogás foi 0,12 L biogás g DQOremovida -1. O efluente do reator apresentou médias gerais de concentrações de N, P e K iguais a 162,24, 14,82 e 520,29 mg L-1. Conclui-se que o sistema operou dentro das condições ótimas para a atividade das bactérias metanogênicas, porém, a produção específica de biogás ficou abaixo da esperada. As remoções de sólidos e matéria orgânica foram satisfatórias tratando-se de tratamento anaeróbio e o efluente pode servir como biofertilizante

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Denise.pdf: 2063586 bytes, checksum: a2d861cc1b3132a42bea2b253e274250 (MD5) Previous issue date: 2012-02-14 / The cassava processing for starch or flour production generates some wastewater (manipueira) with high organic load and toxic compounds, which cause environmental degradation. In the western Paraná region, there are several starch factories, so its waste generation is a concern for the correct treatment and disposal. Thus, anaerobic reactors are a cost-effective option to treat manipueira since its waste has an easy biological degradation. However, anaerobic digestion requires the monitoring of management conditions as the steady ratio of volatile acidity/total alkalinity. Usually, when this ratio becomes high enough and makes impossible the conversion process of chemical compounds in biogas, substances that provide alkalinity to the medium are used. The utilization of lime stone in manipueira anaerobic treatment was the aim of this trial, whose specific goals were to evaluate the limestone efficiency as alkalizing agent, the efficiency system on organic matter removal, solids removal and biogas production and the potential use of the reactor effluent as a biofertilizer. An anaerobic horizontal reactor was used with the following measures: length:width ratio 1:6; 15.9 L total volume and 7.95 L net volume. The studied reactor had five sampling points, distributed along its form, whose main point was used as an output for the produced biogas. Biogas was stored in two gasometers of floating dome type. These ones, in turn, had coupled thermometers, pressure gauges and valves to release the daily biogas. The reactor was kept under water bath at nearly 27 oC. The inoculum was sludge that came from a similar reactor used for manipueira treatment. The limestone contained 27.33% CaO and 22.97% MgO that were standardized according to the size, so the used limestone ranged from 24.5 to 38.1 mm. The mass of stones / manipueira volume ratio was 50%. The reactor supplying occurred under sequence and manipueira volume was distributed throughout the day by a peristaltic pump connected to a timer. The organic loads were estimated based on organic load concentration of gross manipueira, according to the Chemical Oxygen Demand value. The applied organic loads were: 1.23, 1.54, 1.84, 2.45, 3.40, 4.96, 6.01, 8.11, 10.14, 12.39, 14.79 and 16,43 g COD Lr -1 d-1, with their respective hydraulic retention times: 10, 7.99, 6.65, 5.0, 4.42, 1.69, 1.39, 2.21, 1, 77, 1.45, 0.88 and 0.80 days. The Ca2+ ion concentrations in the reactor effluent increased while Mg2+ ion concentrations decreased. TA, pH, VA and VA/TA averages were 6.69, 882.54 mg CaCO3 L-1, 221.55 mg CH3COOH L-1 and 0.22, respectively. VFA was detected in the reactor effluent. TS, FTS, VTS and COD removals were 84.01, 35.98, 93.43 and 86.88%, respectively, and the average of specific biogas production was 0.12 L biogas g CODremoved -1. The reactor effluent showed higher overall averages of N, P and K concentrations as 162.24, 14.82 and 520.29 mg L-1. At last, it can be concluded that the system operated under optimal conditions for methanogenic bacteria activity, however, the specific biogas production was lower than expected. The solids and organic matter removals were satisfactory according to an anaerobic treatment and the effluent can be used as biofertilizer / O processamento da mandioca para produção de fécula ou farinha gera água residuária (manipueira) caracterizada pela elevada carga orgânica e presença de compostos tóxicos, causadores de degradação ambiental. No Oeste do Paraná, a concentração de fecularias e a geração do resíduo são motivo de preocupação quanto ao tratamento e descarte apropriados. Os reatores anaeróbios são uma alternativa eficaz e econômica de tratamento para a manipueira, que é um resíduo de fácil degradação biológica. Contudo, a digestão anaeróbia exige monitoramento das condições operacionais, dentre as quais, a estabilidade da relação acidez volátil/alcalinidade total. Geralmente, quando essa relação torna-se elevada a ponto de inviabilizar o processo de conversão dos compostos químicos em biogás, são utilizadas substâncias capazes de fornecer alcalinidade ao meio. A utilização de pedras de calcário dolomítico em reator anaeróbio para tratamento da manipueira foi o objetivo geral deste trabalho, cujos objetivos específicos foram avaliar a eficiência do calcário como agente alcalinizante, a eficiência do sistema quanto à remoção de matéria orgânica, a remoção de sólidos e produção de biogás e a potencialidade do uso do efluente do reator como biofertilizante. Foi utilizado reator anaeróbio horizontal com relação largura: comprimento de 1:6, volume total de 15,9 L e volume útil de 7,95 L. O reator continha cinco pontos de coleta de amostras, distribuídos ao longo do perfil, cujo ponto central servia como saída do biogás produzido. O biogás era armazenado em dois gasômetros do tipo cúpula flutuante. Esses, por sua vez, possuíam termômetros acoplados bem como manômetros e válvulas para liberação diária do biogás. O reator foi mantido em banho-maria à temperatura de aproximadamente 27 oC. O inóculo utilizado era o lodo proveniente de um reator semelhante utilizado para tratamento de manipueira. As pedras de calcário continham 27,33% de CaO e 22,97% de MgO e foram padronizadas quanto à granulometria, portanto, foram utilizadas pedras de tamanho entre 24,5 e 38,1 mm. A relação massa de pedras/volume de manipueira foi de 50%. O abastecimento do reator deu-se de forma sequencial, com o volume de manipueira distribuído ao longo do dia por bomba peristáltica ligada a um temporizador. As cargas orgânicas utilizadas foram estimadas com base na concentração de carga orgânica da manipueira bruta, por meio da Demanda Química de Oxigênio. Foram aplicadas as cargas de 1,23, 1,54, 1,84, 2,45, 3,40, 4,96, 6,01, 8,11, 10,14, 12,39, 14,79 e 16,43 g DQO Lr -1 d-1, com os respectivos tempos de detenção hidráulica: 10, 7,99, 6,65, 5,0, 4,42, 1,69, 1,39, 2,21, 1,77, 1,45, 0,88 e 0,80 dias. As concentrações do íon Ca2+ aumentaram no efluente do reator, enquanto as concentrações do íon Mg2+ diminuíram. As médias de pH, AT, AV e AV/AT foram 6,69, 882,54 mg CaCO3 L-1, 221,55 mg CH3COOH L-1 e 0,22, respectivamente. Foi detectada presença de AGV no efluente do reator. As remoções de ST, STF, STV e DQO foram de 84,01, 35,98, 93,43 e 86,88%, respectivamente, e a média de produção específica de biogás foi 0,12 L biogás g DQOremovida -1. O efluente do reator apresentou médias gerais de concentrações de N, P e K iguais a 162,24, 14,82 e 520,29 mg L-1. Conclui-se que o sistema operou dentro das condições ótimas para a atividade das bactérias metanogênicas, porém, a produção específica de biogás ficou abaixo da esperada. As remoções de sólidos e matéria orgânica foram satisfatórias tratando-se de tratamento anaeróbio e o efluente pode servir como biofertilizante

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The rapid growth of urban centers and the increase in deforested areas and agricultural activities, coupled with a lack of proper management of water resources has generated large amounts of waste carried to water bodies, usually beyond their capacity of assimilation. So, to assist the efforts of monitoring, control, supervision and development of territorial planning for environmental management body, one of the main tools used is the map of environmental fragility. However, it is necessary to assess how much uncertainty is implicit in applying this type of method. In this context, the objective of this study is to analyze the consistency of the methodological approach applied in the project FRAG-RIO, related for the contamination of water for the basin under study. For this, was compared the hierarchy of river reaches in a map of environmental fragilities of water contamination, with the hierarchy of river reaches based on the sampling stations for water quality of FEPAM/RS. The study area is the river basin Santa Maria, located on the southwestern border of Rio Grande do Sul, a predominantly rural watershed, characterized by extensive livestock and rice fields. For the development of methodology, in the stations of quality of FEPAM/RS were obtained observed data for concentration of the following parameters: fecal coliform, BOD, COD, ortho phosphate, total phosphorus, manganese, total Kjeldahl nitrogen and total solids. These data were transformed into loads, and then ranked. To construct the map of fragilities were considered three variables: the population organic load remaining, organic load of breeding and agriculture index. The final map of fragilities varies from 0 to 255, where smaller values indicate low fragility, while higher values represent the greatest fragility. The fragilities were analyzed in relation to the quality stations of FEPAM/RS in two ways: considering all contributing drainage area to the station, and considering only the incremental area of the station. The results of these tests were ranked and compared with the ranking of each parameter of quality stations. For this, the correlation between the hierarchies was analyzed using the Spearman test. The main result, it was observed that the analysis of environmental fragility relating to the aspect of water contamination is presented as a useful tool to support decision making in basins with a lack of data, particularly when considering the quality parameters of BOD and nitrogen. These parameters had the highest correlations with the hierarchy generated by the sum of the fragilities of all contributing drainage area to the quality station , with a determination coefficient of 59%. / O crescimento acelerado dos centros urbanos e o aumento de áreas desmatadas e atividades agropecuárias, aliados a falta de um gerenciamento adequado dos recursos hídricos, tem gerado quantidades elevadas de efluentes carreados para os corpos hídricos, normalmente além de sua capacidade de assimilação. Assim, para auxílio às ações de monitoramento, controle, fiscalização e elaboração do planejamento territorial ambiental pelo órgão gestor, uma das principais ferramentas utilizadas é o mapa de fragilidade ambiental. No entanto, é necessário avaliar qual a quantidade de incerteza está implícita ao se aplicar este tipo de método. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é analisar a consistência da abordagem metodológica aplicada no projeto FRAG-RIO, referente ao aspecto contaminação das águas, para a bacia em estudo. Para isso, foi comparada a hierarquização de trechos de rios de um mapa de fragilidades ambientais quanto ao aspecto contaminação das águas, com a hierarquização de trechos de rios baseada nas estações de amostragem de qualidade da água da FEPAM/RS. A área de estudo corresponde à bacia hidrográfica do rio Santa Maria, situada na fronteira sudoeste do Rio Grande do Sul, sendo uma bacia predominantemente rural, caracterizada pela pecuária extensiva e lavouras de arroz. Para o desenvolvimento da metodologia, nas estações de qualidade da FEPAM/RS foram obtidos dados observados de concentração dos seguintes parâmetros: coliformes termotolerantes, DBO, DQO, fosfato orto, fósforo total, manganês, nitrogênio total Kjeldahl e sólidos totais. Estes dados foram transformados em cargas, e então hierarquizados. Para a construção do mapa de fragilidades foram consideradas três variáveis: carga orgânica remanescente das populações, carga orgânica das criações e índice agrícola. O mapa final de fragilidades varia de 0 a 255, sendo que valores menores significam baixa fragilidade, enquanto valores maiores representam as maiores fragilidades. As fragilidades foram analisadas em relação às estações de qualidade da FEPAM/RS de duas formas: considerando toda área contribuinte à estação, e considerando apenas a área incremental à estação. Os resultados obtidos destas análises foram hierarquizados, e comparados com a hierarquização de cada parâmetro das estações de qualidade. Para isso, foi analisada a correlação entre as hierarquizações por meio do teste de Spearman. Como principal resultado, observou-se que a análise de fragilidades ambientais referente ao aspecto contaminação das águas se apresentou como uma ferramenta útil para subsidiar à tomada de decisões em bacias com carência de dados, em especial ao analisar os parâmetros de qualidade DBO e nitrogênio. Estes parâmetros obtiveram as maiores correlações com a hierarquia gerada pela soma das fragilidades de toda área contribuinte à estação de qualidade, apresentando um coeficiente de determinação de 59%.

Esse trabalho avaliou a aplicação do reator anaeróbio operado em batelada e batelada alimentada sequenciais com agitação mecânica e biomassa imobilizada (AnSBBR) à produção de biometano pelo tratamento de vinhaça. As variáveis de interesse foram a carga orgânica volumétrica aplicada, a estratégia de alimentação e a temperatura. O volume de meio líquido do reator foi de 3 L e o volume tratado de 1 L por ciclo, com residual de 2 L. O tempo de ciclo foi de 8 h, com tempos de enchimento de 10 min para batelada e 240 min para batelada alimentada. Após a Condição Preliminar, realizaram-se as Condições 01 a 08 em batelada (30°C), a Condição 09 em batelada alimentada (30°C) e a Condição 10 em batelada (45°C). Para o aumento da carga orgânica de 1,0 até 10,0 gDQO.L-1.d-1 houve aumento na produtividade de metano, sendo o máximo valor molar atingido de 123,4 molCH4.m-3.d-1 e volumétrico de 2767 mL-CNTPCH4.L-1.d-1. Quanto ao rendimento entre metano produzido e matéria orgânica consumida, o valor máximo foi de 13,8 mmolCH4.gDQO-1 (88% do teórico), com carga orgânica de 7,50 gDQO.L-1.d-1. Para batelada alimentada, o rendimento e a produtividade foram menores (PrM = 102,5 molCH4.m-3.d-1, PrV = 2296,9 mL-CNTPCH4.L-1.d-1 e YM-CH4/DQO = 11,8 mmolCH4.gDQO-1, 76% do rendimento teórico), como também a 45°C (PrM = 35 molCH4.m-3.d-1 e YM-CH4/DQO = 7,1 mmolCH4.gDQO-1). Os parâmetros do modelo cinético de primeira ordem, de modo geral, apresentaram tendência de aumento com a carga e, para batelada alimentada, os valores foram próximos à batelada. A distribuição de ácidos voláteis nas condições em batelada e batelada alimentada foi principalmente entre ácidos acético, propiônico e butírico e a 45°C predominou o ácido propiônico. A vinhaça mostrou potencial de aproveitamento energético até a carga de 10,0 gDQO.L-1.d-1 e concentração de 10000 mgDQO.L-1, valor próximo de um terço da concentração in natura. / This study assessed the feasibility of an anaerobic sequencing batch and fed-batch biofilm reactor (AnSBBR) with agitation treating vinasse for biomethane production. Applied volumetric organic load, feed strategy and temperature were the variables of interest. The liquid medium in the reactor was 3 L, and the treated volume was 1 L per cicle, with a residual of 2 L. Time cycle length was 8 h, with feeding time of 10 min for batch and 240 min for fed-batch. After the Preliminary Condition, Conditions 01 to 08 in batch (30°C), Condition 09 in fed-batch (30°C) and Condition 10 in batch (45°C) were carried. For the increase of organic load from 1,0 to 10,0 gCOD.L-1.d-1 a rise in methane productivity was observed. Maximum reached molar productivity was 123,4 molCH4.m-3.d-1, being 2767 mL-STPCH4.L-1.d-1 in volume. In regard to the yield of produced methane by consumed organic matter, the maximum was 13,8 mmolCH4.gCOD-1 (88% of the theoretical value), with applied volumetric organic load of 7,50 gCOD.L-1.d-1. Methane yield and productivity were lower in fed-batch than in batch operation (MPr = 102,5 molCH4.m-3.d-1, VPr = 2296,9 mL-STPCH4.L-1.d-1 and YM-CH4/DQO = 11,8 mmolCH4.gCOD-1, 76% of the theoretical), as well as for 45°C (MPr = 35 molCH4.m-3.d-1 and YM-CH4/DQO = 7,1 mmolCH4.gCOD-1). In general, parameters of the kinetic first-order model presented a tendency of increase with organic load and, for the fed-batch operation, values were similar to batch. The volatile acids distribution in batch and fed-batch conditions were mainly of acetic, propionic and butiric acids and for the temperature of 45°C propionic acid prevail. Vinasse showed to have an energy profit potential for applied organic loads until 10,0 gDQO.L-1.d-1 and concentration until 10000 mgCOD.L-1, which is approximately one third of the in natura concentration.

Esse trabalho tem como principal objetivo oferecer subsídios para a elaboração de projetos de reatores anaeróbios de manta de lodo (UASB) em escala plena para tratamento de águas residuárias geradas na produção do açúcar e otimização da operação dos mesmos, desde a fase de início de operação do reator até a operação plena nos períodos de safra e entressafra. O estudo consistiu na análise de quatro reatores UASB funcionando em paralelo com as seguintes características determinadas em projeto: volume de 998,4 m³ cada, totalizando 3.993,6 m³, tempo de detenção hidráulico de 26,6 horas e carga orgânica volumétrica de 5,7 kgDQO/m³.dia. Os reatores foram operados em uma usina de cana-de-açúcar tratando as águas residuárias geradas na produção do açúcar, cuja DQO de projeto foi 6.340 mg/L. A operação do sistema de tratamento ocorreu segundo as seguintes condições durante a safra: tempo de detenção hidráulico médio de 1,6 dias, carga orgânica volumétrica média de 2,9 kgDQO/m³.dia e DQO afluente média de 4.340 mg/L. O foco deste trabalho foi a avaliação dos períodos onde não ocorre alimentação com a mesma carga orgânica presente durante a safra, o retorno da alimentação do sistema de tratamento com a carga orgânica de projeto do reator (período de safra) e durante o período da safra. O acompanhamento da operação dos reatores UASB teve duração de 731 dias compreendendo o período de início de operação, duas entressafras e duas safras. Foi calculado o coeficiente de crescimento de lodo a partir dos resultados obtidos e verificou-se que o crescimento citado em projeto e da literatura foi superestimado. A conclusão foi que o sistema de tratamento teve desempenho satisfatório. A eficiência de remoção de DQO dos reatores UASB foi, em média, 83% na entressafra e 86% durante a safra. O impacto da sazonalidade da água residuária foi pequeno, influenciou pouco a concentração de sólidos nos reatores UASB e a dinâmica de variação dos ácidos voláteis na água residuária tratada. O período de resposta do reator ao aumento da carga orgânica afluente após 5 meses de alimentado com baixa carga orgânica, foi de cerca de 15 dias para as duas safras estudadas. / This work has as main objective to offer subsidies for projects development and optimization of operation of full-scale UASB reactors treatment wastewater generated in the production of sugar, from the startup up to full operation in the off season and harvest periods. The study consisted of an analysis of four UASB reactors operated in parallel with the following project characteristics: volume of 998.4 m³ each, totaling 3993.6 m³, hydraulic detention time of 26.6 hours and organic loading rate of 5.7 kgCOD/m³.day. The reactors were operated in a sugarcane plant treating the wastewater generated in the production of sugar, whose project COD is 6.340 mg/L. The operation of the treatment system occurred under the following conditions during the harvest: 1.6 days of average hydraulic retention time, average organic loading rate of 2.9 kgDQO/m³.day and average COD influent of 4,340 mg/L. The focus of this work was to assess the periods where the feed has not the same organic load present during the harvest, the return of treatment system feed with the organic load of reactor design (harvest period) and during the harvest period. Monitoring the UASB reactors operation lasted 731 days from the startup period, two off season and two harvest seasons. The efficiency of the UASB reactor reached on average 83% in the off season and 86% during the harvest season. The impact of wastewater seasonality was small, the concentration of solids in the UASB were slightly influenced and the dynamics volatile acids variations in the treated wastewater were slightly affected. The response period to increase the reactor influent organic load after 5 months starvation(feeding with low organic load)were about 15 days for the two harvest periods studied.

Esse trabalho tem como principal objetivo oferecer subsídios para a elaboração de projetos de reatores anaeróbios de manta de lodo (UASB) em escala plena para tratamento de águas residuárias geradas na produção do açúcar e otimização da operação dos mesmos, desde a fase de início de operação do reator até a operação plena nos períodos de safra e entressafra. O estudo consistiu na análise de quatro reatores UASB funcionando em paralelo com as seguintes características determinadas em projeto: volume de 998,4 m³ cada, totalizando 3.993,6 m³, tempo de detenção hidráulico de 26,6 horas e carga orgânica volumétrica de 5,7 kgDQO/m³.dia. Os reatores foram operados em uma usina de cana-de-açúcar tratando as águas residuárias geradas na produção do açúcar, cuja DQO de projeto foi 6.340 mg/L. A operação do sistema de tratamento ocorreu segundo as seguintes condições durante a safra: tempo de detenção hidráulico médio de 1,6 dias, carga orgânica volumétrica média de 2,9 kgDQO/m³.dia e DQO afluente média de 4.340 mg/L. O foco deste trabalho foi a avaliação dos períodos onde não ocorre alimentação com a mesma carga orgânica presente durante a safra, o retorno da alimentação do sistema de tratamento com a carga orgânica de projeto do reator (período de safra) e durante o período da safra. O acompanhamento da operação dos reatores UASB teve duração de 731 dias compreendendo o período de início de operação, duas entressafras e duas safras. Foi calculado o coeficiente de crescimento de lodo a partir dos resultados obtidos e verificou-se que o crescimento citado em projeto e da literatura foi superestimado. A conclusão foi que o sistema de tratamento teve desempenho satisfatório. A eficiência de remoção de DQO dos reatores UASB foi, em média, 83% na entressafra e 86% durante a safra. O impacto da sazonalidade da água residuária foi pequeno, influenciou pouco a concentração de sólidos nos reatores UASB e a dinâmica de variação dos ácidos voláteis na água residuária tratada. O período de resposta do reator ao aumento da carga orgânica afluente após 5 meses de alimentado com baixa carga orgânica, foi de cerca de 15 dias para as duas safras estudadas. / This work has as main objective to offer subsidies for projects development and optimization of operation of full-scale UASB reactors treatment wastewater generated in the production of sugar, from the startup up to full operation in the off season and harvest periods. The study consisted of an analysis of four UASB reactors operated in parallel with the following project characteristics: volume of 998.4 m³ each, totaling 3993.6 m³, hydraulic detention time of 26.6 hours and organic loading rate of 5.7 kgCOD/m³.day. The reactors were operated in a sugarcane plant treating the wastewater generated in the production of sugar, whose project COD is 6.340 mg/L. The operation of the treatment system occurred under the following conditions during the harvest: 1.6 days of average hydraulic retention time, average organic loading rate of 2.9 kgDQO/m³.day and average COD influent of 4,340 mg/L. The focus of this work was to assess the periods where the feed has not the same organic load present during the harvest, the return of treatment system feed with the organic load of reactor design (harvest period) and during the harvest period. Monitoring the UASB reactors operation lasted 731 days from the startup period, two off season and two harvest seasons. The efficiency of the UASB reactor reached on average 83% in the off season and 86% during the harvest season. The impact of wastewater seasonality was small, the concentration of solids in the UASB were slightly influenced and the dynamics volatile acids variations in the treated wastewater were slightly affected. The response period to increase the reactor influent organic load after 5 months starvation(feeding with low organic load)were about 15 days for the two harvest periods studied.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Denise_ Palma.pdf: 3977847 bytes, checksum: f1b9e703a33e6b3a240867b86778aaa2 (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / The wastewater of cassava industry is a resultant effluent from the processing of cassava starch extraction and has a high pollution potential due to its high organic load concentration. Its treatment via anaerobic digestion, in addition to removing organic matter, enables biogas and biofertilizer production. However, the anaerobic system efficiency requires control of alkalinity to keep appropriate levels of pH for methanogenic activity. Alkalinity monitoring is required because its wastewater from starch manufacturer has high potential for acidification, due to the presence of high concentrations of fast fermentation of sugars. This feature can be responsible for increasing acidity levels and can cause problems for methanogenesis. Some chemicals may be applied in digesters in order to provide alkalinity to the anaerobic environment. However, some of them cause problems for digestion or digesters. Thus, in order to avoid these problems, this study tested the effects of different amounts of dolomitic limestone on an anaerobic treatment system of wastewater from cassava industry. Two horizontal-methanogenic reactors with a useful 3.38-liter volume were studied. The relation between mass of dolomitic limestone and working volume was 1:2 in the reactor A and 1:4 in reactor B. The limestone were standardized so that they had diameters varying from 9.5 to 11.2 mm. They were arranged in the initial portion of the reactors, where wastewater came through. After the stabilization period of treatment systems six volumetric organic loads were consecutively applied (2.30; 3.01; 4.31; 5.69; 7.71 and 8.54 gCOD.L-1.d -1), with their respective hydraulic retention times (4.02; 3.07; 2.05; 1.69; 1.69 and 1.13 days). It was observed, for each increase of volumetric organic load that both reactors required the same period for stabilization. The statistical results of the studied parameters (pH, partial alkalinity, intermediate alkalinity, total alkalinity, volatile acidity, ratio VA/TA, ratio IA/PA, calcium, magnesium, volatile organic acids, chemical oxygen demand, number of total solids, biogas and methane, nitrogen, phosphorus, potassium, copper, zinc, nickel, iron and manganese) showed that there were significant differences between the two reactors (based on ratios of the tested limestone) only in relation to Mg2+ and TS. However, there were significant differences between the organic loads applied in each reactor in relation to parameters such as PA, TA, VA, VA/TA, Ca2+, Mg2+, removal of total COD, removal of filtered COD, TS, TFS, TVS, biogas production, methane production, and specific methane production. These differences indicate that the best results regarding the main monitoring parameters of an anaerobic system occurred in treatments 2.30, 3.01 and 4.31 g COD L-1 d-1, with pH values above 8.0; higher concentrations of alkalinity due to bicarbonate and total alkalinity (above 1500 mg CaCO3 L-1). These data closely matched to the highest concentration of magnesium ions in the effluent of reactors (67.28 to 114.90 mg L-1); COD removals were above 90%; methane percentages in biogas varied from 73 to 76%; the highest averages of specific production of biogas were from 0.31 to 0.49 Lbiogas g CODconsumed) and specific methane production (0.22 to 0.29 Lmethane g CODconsumed). Finally, it can be concluded that different amounts of limestone rocks had no influence on the treatment process in the two studied reactors. Thus, we recommend the use of fewer amount of them since there is a greater useful volume in the reactor. However, the release of calcium and magnesium ions in both reactors assured an alkalinity supply / A água residuária de fecularia é o efluente resultante do processamento da mandioca para extração de fécula e possui alto potencial poluidor devido à elevada concentração de matéria orgânica. O tratamento via biodigestão anaeróbia, além de remover matéria orgânica, viabiliza a produção de biogás e de biofertilizante. No entanto, a eficiência do sistema anaeróbio requer controle da alcalinidade a fim de manter o pH em níveis adequados para a atividade metanogênica. O monitoramento da alcalinidade se faz necessário porque a água residuária de fecularia possui elevado potencial de acidificação, em virtude da presença de altas concentrações de açúcares de rápida fermentação. Essa característica pode ser responsável por elevar os níveis de acidez a ponto de causar problemas à metanogênese. Alguns produtos químicos podem ser empregados nos biodigestores a fim de fornecer alcalinidade ao meio anaeróbio. No entanto, alguns deles podem causar problemas à biodigestão ou aos biodigestores. Assim, com o intuito de evitar esses problemas, o objetivo deste trabalho foi testar os efeitos de diferentes quantidades de pedras de calcário dolomítico sobre o sistema de tratamento anaeróbio de água residuária de fecularia. Foram utilizados dois reatores metanogênicos horizontais com volumes úteis de 3,38 L. A relação entre a massa de pedras de calcário e o volume útil de reator foi de 1:2 no reator A e de 1:4 no reator B. As pedras de calcário, padronizadas de modo a terem entre 9,5 e 11,2 mm de diâmetro, foram dispostas na porção inicial dos reatores, por onde ocorria a entrada da água residuária. Após o período de estabilização dos sistemas de tratamento, foram aplicadas, consecutivamente, seis cargas orgânicas volumétricas (2,30; 3,01; 4,31; 5,69; 7,71 e 8,54 g DQO L-1 d-1), com os respectivos tempos de detenção hidráulica (4,02; 3,07; 2,05; 1,69; 1,69 e 1,13 dias). Observou-se, a cada aumento de carga orgânica volumétrica, que ambos os reatores requeriam o mesmo período para estabilização. Os resultados estatísticos dos parâmetros estudados (pH, alcalinidade parcial, alcalinidade intermediária, alcalinidade total, acidez volátil, relação AV/AT, relação AI/AP, cálcio, magnésio, ácidos orgânicos voláteis, demanda química de oxigênio, série de sólidos totais, biogás, metano, nitrogênio, fósforo, potássio, cobre, zinco, níquel, ferro e manganês) apontaram que ocorreram diferenças significativas entre os dois reatores (quanto às proporções de pedras de calcário testadas) somente em relação ao Mg2+ e aos ST. No entanto, ocorreram diferenças significativas entre as cargas orgânicas aplicadas em cada reator em relação aos parâmetros AP, AT, AV, AV/AT, Ca2+, Mg2+, remoção de DQO total, remoção de DQO filtrada, ST, STF, STV, produção de biogás, produção de metano e produção específica de metano. Essas diferenças indicam que os melhores resultados quanto aos principais parâmetros de monitoramento do sistema anaeróbio ocorreram nos tratamentos 2,30, 3,01 e 4,31 g DQO L-1 d-1, com valores de pH acima de 8,0; elevadas concentrações de alcalinidade devida aos bicarbonatos e alcalinidade total (acima de 1500 mg CaCO3 L-1), coincidindo com as maiores concentrações de íons magnésio nos efluentes dos reatores (67,28 a 114,90 mg L-1); remoções de DQO acima de 90%; porcentagens de metano no biogás entre 73 e 76%; maiores médias de produção específica de biogás (0,31 a 0,49 Lbiogás g DQOconsumida) e de produção específica de metano (0,22 a 0,29 Lmetano g DQOconsumida). Conclui-se, portanto, que as diferentes quantidades de pedras de calcário não tiveram influência sobre o processo de tratamento nos dois reatores. Desta forma, recomenda-se o emprego da menor quantidade de pedras de calcário para que haja maior volume útil no reator. Contudo, a liberação de íons cálcio e magnésio em ambos os reatores garantiu o fornecimento de alcalinidade ao sistema anaeróbio para a rápida estabilização a cada aumento de carga orgânica volumétrica. Palavras-chave: alcalinidade, biogás, cálcio, magnésio

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Denise_ Palma.pdf: 3977847 bytes, checksum: f1b9e703a33e6b3a240867b86778aaa2 (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / The wastewater of cassava industry is a resultant effluent from the processing of cassava starch extraction and has a high pollution potential due to its high organic load concentration. Its treatment via anaerobic digestion, in addition to removing organic matter, enables biogas and biofertilizer production. However, the anaerobic system efficiency requires control of alkalinity to keep appropriate levels of pH for methanogenic activity. Alkalinity monitoring is required because its wastewater from starch manufacturer has high potential for acidification, due to the presence of high concentrations of fast fermentation of sugars. This feature can be responsible for increasing acidity levels and can cause problems for methanogenesis. Some chemicals may be applied in digesters in order to provide alkalinity to the anaerobic environment. However, some of them cause problems for digestion or digesters. Thus, in order to avoid these problems, this study tested the effects of different amounts of dolomitic limestone on an anaerobic treatment system of wastewater from cassava industry. Two horizontal-methanogenic reactors with a useful 3.38-liter volume were studied. The relation between mass of dolomitic limestone and working volume was 1:2 in the reactor A and 1:4 in reactor B. The limestone were standardized so that they had diameters varying from 9.5 to 11.2 mm. They were arranged in the initial portion of the reactors, where wastewater came through. After the stabilization period of treatment systems six volumetric organic loads were consecutively applied (2.30; 3.01; 4.31; 5.69; 7.71 and 8.54 gCOD.L-1.d -1), with their respective hydraulic retention times (4.02; 3.07; 2.05; 1.69; 1.69 and 1.13 days). It was observed, for each increase of volumetric organic load that both reactors required the same period for stabilization. The statistical results of the studied parameters (pH, partial alkalinity, intermediate alkalinity, total alkalinity, volatile acidity, ratio VA/TA, ratio IA/PA, calcium, magnesium, volatile organic acids, chemical oxygen demand, number of total solids, biogas and methane, nitrogen, phosphorus, potassium, copper, zinc, nickel, iron and manganese) showed that there were significant differences between the two reactors (based on ratios of the tested limestone) only in relation to Mg2+ and TS. However, there were significant differences between the organic loads applied in each reactor in relation to parameters such as PA, TA, VA, VA/TA, Ca2+, Mg2+, removal of total COD, removal of filtered COD, TS, TFS, TVS, biogas production, methane production, and specific methane production. These differences indicate that the best results regarding the main monitoring parameters of an anaerobic system occurred in treatments 2.30, 3.01 and 4.31 g COD L-1 d-1, with pH values above 8.0; higher concentrations of alkalinity due to bicarbonate and total alkalinity (above 1500 mg CaCO3 L-1). These data closely matched to the highest concentration of magnesium ions in the effluent of reactors (67.28 to 114.90 mg L-1); COD removals were above 90%; methane percentages in biogas varied from 73 to 76%; the highest averages of specific production of biogas were from 0.31 to 0.49 Lbiogas g CODconsumed) and specific methane production (0.22 to 0.29 Lmethane g CODconsumed). Finally, it can be concluded that different amounts of limestone rocks had no influence on the treatment process in the two studied reactors. Thus, we recommend the use of fewer amount of them since there is a greater useful volume in the reactor. However, the release of calcium and magnesium ions in both reactors assured an alkalinity supply / A água residuária de fecularia é o efluente resultante do processamento da mandioca para extração de fécula e possui alto potencial poluidor devido à elevada concentração de matéria orgânica. O tratamento via biodigestão anaeróbia, além de remover matéria orgânica, viabiliza a produção de biogás e de biofertilizante. No entanto, a eficiência do sistema anaeróbio requer controle da alcalinidade a fim de manter o pH em níveis adequados para a atividade metanogênica. O monitoramento da alcalinidade se faz necessário porque a água residuária de fecularia possui elevado potencial de acidificação, em virtude da presença de altas concentrações de açúcares de rápida fermentação. Essa característica pode ser responsável por elevar os níveis de acidez a ponto de causar problemas à metanogênese. Alguns produtos químicos podem ser empregados nos biodigestores a fim de fornecer alcalinidade ao meio anaeróbio. No entanto, alguns deles podem causar problemas à biodigestão ou aos biodigestores. Assim, com o intuito de evitar esses problemas, o objetivo deste trabalho foi testar os efeitos de diferentes quantidades de pedras de calcário dolomítico sobre o sistema de tratamento anaeróbio de água residuária de fecularia. Foram utilizados dois reatores metanogênicos horizontais com volumes úteis de 3,38 L. A relação entre a massa de pedras de calcário e o volume útil de reator foi de 1:2 no reator A e de 1:4 no reator B. As pedras de calcário, padronizadas de modo a terem entre 9,5 e 11,2 mm de diâmetro, foram dispostas na porção inicial dos reatores, por onde ocorria a entrada da água residuária. Após o período de estabilização dos sistemas de tratamento, foram aplicadas, consecutivamente, seis cargas orgânicas volumétricas (2,30; 3,01; 4,31; 5,69; 7,71 e 8,54 g DQO L-1 d-1), com os respectivos tempos de detenção hidráulica (4,02; 3,07; 2,05; 1,69; 1,69 e 1,13 dias). Observou-se, a cada aumento de carga orgânica volumétrica, que ambos os reatores requeriam o mesmo período para estabilização. Os resultados estatísticos dos parâmetros estudados (pH, alcalinidade parcial, alcalinidade intermediária, alcalinidade total, acidez volátil, relação AV/AT, relação AI/AP, cálcio, magnésio, ácidos orgânicos voláteis, demanda química de oxigênio, série de sólidos totais, biogás, metano, nitrogênio, fósforo, potássio, cobre, zinco, níquel, ferro e manganês) apontaram que ocorreram diferenças significativas entre os dois reatores (quanto às proporções de pedras de calcário testadas) somente em relação ao Mg2+ e aos ST. No entanto, ocorreram diferenças significativas entre as cargas orgânicas aplicadas em cada reator em relação aos parâmetros AP, AT, AV, AV/AT, Ca2+, Mg2+, remoção de DQO total, remoção de DQO filtrada, ST, STF, STV, produção de biogás, produção de metano e produção específica de metano. Essas diferenças indicam que os melhores resultados quanto aos principais parâmetros de monitoramento do sistema anaeróbio ocorreram nos tratamentos 2,30, 3,01 e 4,31 g DQO L-1 d-1, com valores de pH acima de 8,0; elevadas concentrações de alcalinidade devida aos bicarbonatos e alcalinidade total (acima de 1500 mg CaCO3 L-1), coincidindo com as maiores concentrações de íons magnésio nos efluentes dos reatores (67,28 a 114,90 mg L-1); remoções de DQO acima de 90%; porcentagens de metano no biogás entre 73 e 76%; maiores médias de produção específica de biogás (0,31 a 0,49 Lbiogás g DQOconsumida) e de produção específica de metano (0,22 a 0,29 Lmetano g DQOconsumida). Conclui-se, portanto, que as diferentes quantidades de pedras de calcário não tiveram influência sobre o processo de tratamento nos dois reatores. Desta forma, recomenda-se o emprego da menor quantidade de pedras de calcário para que haja maior volume útil no reator. Contudo, a liberação de íons cálcio e magnésio em ambos os reatores garantiu o fornecimento de alcalinidade ao sistema anaeróbio para a rápida estabilização a cada aumento de carga orgânica volumétrica. Palavras-chave: alcalinidade, biogás, cálcio, magnésio

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-24Bitstream added on 2014-06-13T20:24:21Z : No. of bitstreams: 1 duda_rm_dr_jabo.pdf: 7705565 bytes, checksum: 22edf4cc4e57fedc9fa2426e83e181e0 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Avaliou-se o desempenho de um reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB) seguido de um filtro anaeróbio de fluxo ascendente, instalados em série, com volume total de 300 L e 190 L, respectivamente, no tratamento de águas residuárias de suinocultura. As cargas orgânicas volumétricas aplicadas no reator UASB foram de 9,2 a 26,7 g DQOtotal (L d)-1. Para o pós-tratamento do efluente do sistema de tratamento anaeróbio utilizou-se um filtro biológico percolador (FBP) com volume total de 250 L. O meio suporte utilizado no filtro anaeróbio e no FBP foi composto por anéis de bambu e anéis de eletroduto plástico corrugado. As cargas hidráulicas superficiais (Qs) aplicadas no FBP variaram de 3,5 a 21,1 m3 (m2 d)-1. Os tempos de detenção hidráulica (TDH) aplicados no sistema de tratamento anaeróbio e pós-tratamento foram de 23,3 a 66,6 h. As produções volumétricas de metano no sistema de tratamento anaeróbio variaram de 0,16 a 0,68 L CH4 (L reator d)-1. Foram observadas eficiências médias de remoção de até 97% para a demanda química de oxigênio total, de 98% para os sólidos suspensos totais, de 78% para o nitrogênio total, de 79% para o fósforo total, de 99,9% para o cobre, de 99,9% para o zinco e de 99,99% para os coliformes termotolerantes, no sistema de tratamento anaeróbio e póstratamento. Com a utilização de diferentes fontes de substrato no ensaio de atividade da microbiota, observou-se o crescimento equilibrado das populações hidrolíticas, acidogênicas, acetogênicas e metanogênicas acetoclásticas e hidrogenotróficas no lodo dos reatores anaeróbios. Com a aplicação da técnica de biologia molecular (metagenômica) foram identificadas no lodo do reator UASB e do filtro anaeróbio de fluxo ascendente arquéias metanogênicas das famílias Methanomicrobiaceae, Methanobacteriacea, Methanosaetaceae e Methanosarcinaceae. / The performance of an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) followed of the anaerobic filter, installed in series, were evaluated for the treatment of swine wastewater. The total volume of UASB and anaerobic filter were of 300 L and 190 L, respectively. The organic load rate applied on the reactor UASB were of 9.2 to 26.7 g total COD (L d)-1, in the start and assays 1, 2, 3 and 4. For the post-treatment of effluent the anaerobic system was used a trickling filter, with total volume of 250 L. The supports used in the anaerobic filter and trickling filter were composed by bamboo rings in the start up and assays 1 to 2 and plastics rings in the assays 3 to 4. The hydraulic load applied on the trickling filter were of 3.5 to 21.1 m3 (m2 d)-1. The hydraulic detetion time (HDT) applied of system anaerobic and post treatment were 23.3 at 66.6 h. The volumetric methane productions ranged from 0.16 a 0.68 L CH4 (L reactor d)-1. The efficiencies of removal the chemical oxygen demand, total solids suspended, copper, zinc and fecal coliforms were of up to 97, 98, 78, 79, 99.9, 99.9 e 99.99%, respectively, for the anaerobic and post-treatment. With the use of different substratum sources in the assays of specific methanogenic activity, it was observed the balanced growth of the populations of microorganisms in the sludge of anaerobic reactor. The archaeas of the families Methanomicrobiaceae, Methanobacteriaceae; Methanosaetaceae and Methanosarcinaceae were identified in the sludge of the reactor UASB and of the anaerobic filter.