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Juliana Bortoli Rodrigues Mees.pdf: 1255432 bytes, checksum: bf00dbf45cce28fdbe504091e6363048 (MD5)
Previous issue date: 2010-02-01 / Agro-industries stand out as large polluters in Brazil, particularly because of the large
amounts of waste rich in organic substances, nutrients (especially nitrogen and phosphorus),
solids, oils and greases. In this category, slaughterhouses and bird cold storage processing
plants are known for their high pollution potential. The removal of nitrogen from wastewater is
usually accomplished using biological conventional processes, by nitrification plus
denitrification, involving aerobic and anaerobic phases that are generally carried out in
separate reactors or by different aeration intervals. The sequencing batch reactor (SBR)
uses multiple steps in the same reactor, which include filling, reaction, settling, withdrawal
and idling. This study aimed to investigate how carbon:nitrogen ratios (COD/NO2
--N+NO3
--N)
3, 6 and 9, adjusted by manipueira (wastewater from cassava industry) and cycle time (CT)
of 8,12 and 16 hours affects the nitrogen and organic matter removal from poultry
wastewater, operating a sequencing batch reactor containing suspended biomass, in two
different conditions: condition I, with the reaction step consisted by aerobic/anoxic phases
and condition II, anoxic I/aerobic/anoxic II phases. It was also intended to optimize and
validate the process of nitrogen removal in this type of effluent, to evaluate the reactor
stability using Shewhart control charts for individual measures, and to study the kinetics
behavior of organic matter (COD) and nitrogen (NH4
+-N, NO2
--N and NO3
--N) degradation.
The conditions I and II were evaluated through factorial planning (32) and, in order to
optimize the conditions obtained with the initial factorial design, it was used a central
composite rotational design (CCRD) with four assays in levels -1 and +1, four assays on the
axial points levels (-1.414 and +1.414) and five replicates at the central point (0). The
nitrification process performance was evaluated by the efficiency of ammonia nitrogen
removal (%), the pre-denitrification and denitrification processes by the efficiencies of nitrite
and nitrate removal (%) and the whole process by total inorganic nitrogen removal (%).
During the nitrification and denitrification processes, parameters like temperature, pH,
alkalinity, redox potential, salinity and conductivity were monitored. The highest removal
percentages of total inorganic nitrogen were obtained, for conditions I and II, at the cycle time
range between 12 and 16 hours and the C/N ratio of 3 to 6, which showed average
efficiencies of 80.76 and 85.57% in condition I, and 90.99 and 91.09% in condition II,
respectively. Although the condition II obtained a higher removal percentage of total
inorganic nitrogen, only condition I presented a regression statistically significant and
predictive, with Fcal/Ftab values higher than 4 for all steps involved in nitrogen removal.
Optimizing the condition I, the highest percentages of nitrogen removal were achieved with
the cycle time of 16 hours and C/N ratio of 6, validated experimentally, achieving an overall
removal of inorganic nitrogen of 85.83±0.87 %. Evaluating the reactor stability, the results of
the 20 trials carried out with optimum conditions showed a total inorganic nitrogen average
removal of 84.32±1.59% (CV=1.89%) and organic matter removal of 53.65±8.48%
(CV=15.81%), considering the complete process (nitrification plus denitrification), being the
process under statistical control. The evaluation of the kinetic behavior of nitrogen
conversion indicated a possible reduction in the cycle time of the anoxic phase, since
percentages of NO2
--N and NO3
-N removal higher than 90% were obtained in just one hour of
denitrification. / As agroindústrias destacam-se como grandes poluidoras, devido, especialmente, às
elevadas vazões com que geram seus efluentes ricos em carga orgânica, nutrientes
(principalmente nitrogênio e fósforo), sólidos, óleos e graxas. Neste setor enquadram-se os
abatedouros e frigoríficos de aves. A remoção de nitrogênio das águas residuárias é
geralmente realizada por processos biológicos convencionais, que contemplam a nitrificação
seguida da desnitrificação, envolvendo fases aeróbias e anaeróbias, separadas em
diferentes reatores ou por diferentes intervalos de aeração. Os reatores em bateladas
sequenciais (RBS) utilizam múltiplas etapas no mesmo reator, que incluem enchimento,
reação, sedimentação, descarte e repouso. Esta pesquisa teve por objetivo investigar os
efeitos da relação carbono:nitrogênio (DQO/N-NO2
-+N-NO3
-); 3, 6 e 9, ajustada pela adição
de manipueira e do tempo de ciclo (TC); 8, 12 e 16 horas, na remoção de nitrogênio e
matéria orgânica de efluente avícola, operando um RBS, em escala de bancada, com
biomassa em suspensão em duas condições distintas, condição I com a etapa de reação
composta pelas fases aeróbia/anóxica e condição II anóxica I/aeróbia/anóxica II. Objetivouse
também, otimizar e validar o processo de remoção de nitrogênio, avaliar a estabilidade
do reator através de gráficos de controle Shewhart para medidas individuais e, efetuar o
estudo do comportamento cinético de degradação da matéria orgânica (DQO) e nitrogenada
(N-NH4
+, N-NO2
- e N-NO3
-). Para avaliação das condições I e II elaborou-se um planejamento
fatorial completo (32) e para otimização das condições obtidas com o planejamento fatorial
inicial, utilizou-se um delineamento composto central rotacional (DCCR), com quatro ensaios
nos níveis -1 e +1, quatro ensaios nos níveis dos pontos axiais (-1,414 e +1,414) e cinco
repetições no ponto central (0). Avaliou-se o desempenho da nitrificação através da
eficiência de remoção do nitrogênio amoniacal (%), o desempenho da pré-desnitrificação e
desnitrificação através da eficiência de remoção de nitrito e nitrato (%) e a eficiência do
processo completo pela remoção de nitrogênio inorgânico total (%), além do monitoramento
de parâmetros, como a temperatura, pH, alcalinidade, potencial redox, salinidade e
condutividade elétrica. Os maiores percentuais de remoção de nitrogênio inorgânico total
foram obtidos, para ambas as condições I e II, usando as faixas de TC de 12 a 16 horas e
relação C/N de 3 a 6, com valores médios de eficiências de 80,76 e 85,57% na condição I e,
90,99 e 91,09% na condição II, respectivamente. Apesar da condição II ter apresentado um
percentual de remoção de nitrogênio inorgânico total superior, apenas a condição I
apresentou uma regressão estatisticamente significativa e preditiva, com valores de Fcal/Ftab
superiores a 4, para todas as etapas envolvidas na remoção de nitrogênio. Otimizando-se a
condição I, os maiores percentuais de remoção de nitrogênio foram alcançados com o
tempo de ciclo de 16h e a relação C/N de 6, validados experimentalmente, alcançando uma
remoção global de nitrogênio inorgânico de 85,83±0,87%. Na avaliação da estabilidade do
reator, os resultados dos 20 ensaios realizados com a condição ótima apontaram valores
médios de remoção de nitrogênio inorgânico total de 84,32±1,59% (CV=1,89%) e, de
matéria orgânica de 53,65±8,48% (CV= 15,81%), no processo completo (nitrificaçãodesnitrificação),
estando o processo sob controle estatístico. A avaliação do comportamento
cinético de conversão do nitrogênio indicou uma possível redução no tempo de ciclo da fase
anóxica, uma vez que foram alcançadas remoções de N-NO2
-e N-NO3
- superiores a 90%, em
apenas uma hora de desnitrificação.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.unioeste.br:tede/2789 |
| Date | 01 February 2010 |
| Creators | Mees, Juliana Bortoli Rodrigues |
| Contributors | Gomes, Simone Damasceno |
| Publisher | Universidade Estadual do Oeste do Parana, Programa de Pós-Graduação "Stricto Sensu" em Engenharia Agrícola, UNIOESTE, BR, Engenharia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE, instname:Universidade Estadual do Oeste do Paraná, instacron:UNIOESTE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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