A associação de biorreatores à membranas (MBR) é extremamente atrativa para o
tratamento de efluentes de refinaria de petróleo com o objetivo da remoção da matéria-orgânica e
de nitrogênio amoniacal. Esta tecnologia de tratamento é relativamente recente e encontra-se em
expansão. Os processos de remoção de matéria orgânica e de nitrogênio amoniacal foram
estudados em diferentes condições operacionais aplicadas à unidade experimental. Esta unidade
MBR operou 24 horas por dia, com dois módulos de membrana fibras ocas submersas de
ultrafiltração e fabricadas em PVDF, por um período de aproximadamente 18 meses. Durante
este período parâmetros como tamanho médio de flocos, produção de substâncias poliméricas
extracelulares (EPS), filtrabilidade do lodo e desempenho hidrodinâmico dos módulos de
membrana também foram avaliados. Os resultados obtidos foram divididos em três estudos que
contemplam as variações de carga orgânica volumétrica (COV), de carga nitrogenada
volumétrica (CNV) e de concentração de oxigênio dissolvido (OD) aplicadas. Durante o
primeiro estudo, realizou-se a avaliação da remoção de matéria orgânica em relação à sua
eficiência e aos parâmetros cinéticos através da COV, que variou de 0,78 a 3,16 kgDQO/m³.d.
Esta variação foi obtida através do aumento progressivo da vazão de efluente bruto da unidade.
O aumento crescente da COV e da CNV provocou a diminuição das eficiências de remoção de
matéria orgânica e nitrogênio amoniacal. Com base nos resultados deste estudo, verificou-se que
a unidade experimental deve ser operada com valores de relação alimento-microrganismo (A/M)
inferiores a 0,165 kgDQO/kgSSV.d e com valores de COV entre 0,35 e 0,7 kgDQO/m³.d para
que se obtenham eficiência de remoção de matéria orgânica superiores a 90%. Ainda, obteve-se
uma constante cinética de remoção de DQO para o reator anóxico de 0,025 L/mgSSV.d. e de
0,0138 L/mgSSV.d para o reator aeróbio. No segundo estudo, com ênfase na remoção de
nitrogênio amoniacal, variou-se novamente a vazão de efluente bruto, obtendo-se desta forma
CNV crescentes entre 0,087 e 0,169 kgN/m³.d. Foram obtidas eficiências de remoção de
nitrogênio amoniacal superiores a 97,5% para todas as CNV utilizadas. Durante este estudo,
dentre todos os parâmetros analisados a CNV apresentou a maior influência sobre esta eficiência
de remoção. Obteve-se uma velocidade máxima de consumo de nitrogênio amoniacal de 0,109
mgNH3-N/mgSSV.d e uma constante de saturação de 0,333 mg/L. O terceiro estudo, por sua vez,
avaliou a influência da concentração de OD na unidade experimental em quatro etapas distintas.
Durante a primeira etapa realizou-se, em um período de 2 meses, a diminuição progressiva da
concentração de OD no interior do reator aeróbio. Na segunda etapa, zerou-se a concentração de
OD no reator aeróbio e realizou-se a injeção de nitrogênio gasoso no tanque de membranas por
um período de quatro dias. Na terceira etapa foram realizados dois eventos de 24 horas de
duração na ausência de OD e fluxo de nitrogênio gasoso no tanque de membranas. Por fim,
durante a quarta etapa os dois eventos apresentaram duração de 2 horas, sendo o primeiro na
ausência de OD e com fluxo de nitrogênio e o segundo na ausência de OD e sem fluxo de gás no
tanque de membranas. Os resultados obtidos neste último estudo apresentarem algumas
divergências em relação à concentração e composição das EPS, à filtrabilidade e ao tamanho
médio de flocos. Entretanto, em geral, verificou-se que a remoção de nitrogênio amoniacal
diminuiu na ausência de OD e que esta eficiência é mais afetada pela diminuição e/ou ausência
de OD do que a remoção de matéria orgânica. As substâncias predominantes na composição das
frações solúveis e fracamente ligadas de EPS presente na unidade foram os ácidos húmicos. No
entanto, a fração fortemente ligada não apresentou predominância clara. O desempenho
hidrodinâmico dos módulos de membranas não foi afetado pela diminuição da concentração de
OD e pela utilização de fluxo de nitrogênio gasoso no tanque de membranas. / Petrobrás / The association of bioreactors and membranes (MBR) is extremely attractive for the
treatment of oil refinery wastewater aiming the removal of organic materials and ammonia. This
treatment technology is relatively recent and is in continuos development. The removal
efficiencies of organic materials and ammonia were studied at different operational conditions
applied to the experimental unit. This MBR unit operated 24 hours per day, with two
ultrafiltration hollow fiber membrane modules made of PVDF, for a period of approximately 18
months. During this period parameters such as mean floc size value, production of extracellular
polymeric substances (EPS), sludge filterability, and hydrodynamic performance of the
membrane modules were also evaluated. The results obtained were divided in three studies that
contemplate the variations on the volumetric organic loading rate (VOLR), on the volumetric
nitrogen loading rate (VNLR) and on the dissolved oxygen (DO) concentration applied. During
the first study, an evaluation of the removal of the organic materials was held considering the
efficiency and the kinetics parameters through the VOLR, that ranged from 0.78 to 3.16
kgCOD/m³.d. This oscillation was possible through the progressive increase of the wastewater
flowrate. The increase of the VOLR caused the decrease of the removal efficiencies of organic
materials and ammonia. According to the obtained results, it was verified that the experimental
unit should be operated with values of food-to-microorganism (F/M) below 0.165
kgCOD/kgVSS.d and with values of VOLR between 0.35 and 0.7 kgCOD/m³.d in order to obtain
removals efficiencies of organic materials higher than 90%. Still, a kinetic constant of COD
removal of 0.025 L/mgVSS.d for the anoxic reactor, and a kinetic constant of 0.0138 L/mgVSS.d
for the aerobic reactor were obtained. On the second study, with emphasis on the removal of
ammonia, the wastewater flowrate was varied again, obtaining an increasing VNLR from 0.087
to 0.169 kgN/m³.d. All the removal efficiencies of ammonia obtained were superior to 97.5%.
During this study, among all the analyzed parameters, the VNLR presented the greatest influence
on this removal efficiency. Still, it was obtained a maximum ammonia consumption rate of 0.109
mgNH3-N/mgVSS.d and a saturation constant of 0.333 mg/L. The third study, on the other hand,
evaluated the influence of the DO concentration inside the experimental unit on four different
stages. During the first stage, through a period of 2 months, the progressive decrease of the DO
concentration was done inside the aerobic reactor. On the second stage the experimental unit
operated with the absence of DO and with the injection of nitrogen gas inside the membrane tank
for a period of four days. On the third stage two different events with DO absence and the
injection of nitrogen gas were performed for 24 hours. And at last, on the fourth stage the first
event lasted for 2 hours without oxygen and with nitrogen gas and the second event lasted for 2
hours without oxygen and gas injection on the membrane tank. The results obtained on this last
study presented some differences relative to the concentration and composition of EPS, to the
sludge filterability and to the mean floc size value. However, in general, it was verified that the
removal efficiency of ammonia decreased with the DO absence and that this efficiency was more
affected by this absence than the removal of organic materials. The main substances on the
composition of the soluble and slightly connected fractions of EPS on the experimental unit were
the humic acids. But, the strongly connected fraction did not have a main substance of the
composition. The hydrodynamic performance of the membrane modules were not affected by the
decrease of DO concentration and for the injection of nitrogen gas inside the membrane tank.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ucs.br:11338/810 |
| Date | 18 March 2013 |
| Creators | Veronose, Cristina Gravina |
| Contributors | Silveira, Maurício Moura da, Malvessi, Eloane, Monteggia, Luiz Olinto, Beal, Lademir Luiz |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UCS, instname:Universidade de Caxias do Sul, instacron:UCS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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