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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-23062015-101348 |
| Date | 24 April 2015 |
| Creators | Silva, Rodrigo Soares Garcia da |
| Contributors | Campos, José Roberto |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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