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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2023.tde-03102023-171435
Document
Auteur
Nom complet
Cristiane Arruda de Oliveira
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2023
Directeur
Jury
Damianovic, Marcia Helena Rissato Zamariolli (Président)
Barana, Ana Claudia
Firmino, Paulo Igor Milen
Fuess, Lucas Tadeu
Santos, Carla Eloisa Diniz dos
Titre en portugais
Tratamento anaeróbio de água residuária salina, seguido de nitrificação/desnitrificação simultâneas e desnitrificação autotrófica com sulfeto
Mots-clés en portugais
água produzida em plataformas de óleo e gás
águas salinas
desnitrificação autotrófica
metanogênese
nitrificação e desnitrificação simultâneas
sistema de tratamento combinado anaeróbio/aeróbio/anóxico
sulfetogênese
Resumé en portugais
Na presente pesquisa investigou-se o efeito da salinidade no desempenho de reatores de leito estruturado anaeróbio, aeróbio e anóxico inoculados com lodos não halofílicos para tratamento de efluente sintético com salinidade, matéria orgânica, nitrogênio amoniacal (N-NH4+) e sulfato (SO42-) baseados em água produzida em plataformas de extração de petróleo e gás. Em ensaios em batelada foram avaliados a cinética para produção de metano e redução de SO42- na presença de salinidade variando de 0 a 35 g-NaCl L-1, sem a adaptação gradual à mesma. A produção de metano decaiu em elevadas salinidades, com valores variando de 139 a 29 NmL para 15,6 e 35 g-NaCl L-1, respectivamente. A redução de SO42- foi afetada a partir de 10,4 g-NaCl L-1, em que a constante cinética aparente variou de 0,06 (0 g-NaCl L-1) a 0,014 h-1 (10,4 g-NaCl L-1). Os resultados permitiram concluir que as bactérias redutoras de sulfato (BRS) foram as primeiras afetadas pela salinidade, desequilibrando o sistema, e levando ao acúmulo de ácidos. Em reator anaeróbio contínuo, com DQO/SO42-de 1,6, a salinidade foi incrementada de 1,7 para 50,0 g-NaCl L-1. Os resultados mostraram que até 35 g-NaCl L-1, arcqueias metanogênicas (AM) e BRS participaram igualmente na conversão de DQO. Na presença de 50 g-NaCl L-1, a eficiência de remoção de DQO decaiu em 46% associada ao acúmulo de acetato, com participação da via sulfetogênica de 62%. A atividade sulfetogênica foi menos sensível a altos níveis de salinidade em comparação com a metanogênese, resultado contrário aos obtidos nos ensaios em batelada. Em seguida foi avaliado um reator de nitritificação e desnitrificação simultâneas (NDS) e apenas nitrificante com salinidade de 0 a 35 g-NaCl L-1. A eficiência de oxidação do N-NH4+ foi de 95%. Porém, para 35 g-NaCl L-1 houve acúmulo de nitrito, durante a operação do reator NDS. A variação do oxigênio dissolvido de 6 para 3 mg-O2 L-1 e o retorno para 6 mg-O2 L-1 permitiu inferir que a perda de eficiência da N-NH4+ ocorreu devido a salinidade. O residual de nitrato, presente no efluente do reator aeróbio, indicou a possibilidade de processo de tratamento sequencial utilizando biogás rico em sulfeto, gerado no reator anaeróbio na relação N/S de 1,6. Ao reator desnitrificante autotrófico foi adicionada salinidade de 0 a 15,6 g-NaCl L-1. A viabilidade desse processo foi observada para 10,4 g-NaCl L-1, sendo observado em concentrações superiores o acúmulo de nitrito na ordem de 30 mg-N-NO2-L-1.
Titre en anglais
Anaerobic treatment of saline wastewater with simultaneous nitrification/denitrification and autotrophic denitrification with sulfide
Mots-clés en anglais
autotrophic denitrification
combined anaerobic/aerobic/anoxic treatment system
methanogenesis
saline waters
simultaneous nitrification and denitrification
sulfidogenesis
water produced in oil and gas extraction platforms
Resumé en anglais
In the present research, the effect of salinity on the performance of anaerobic, aerobic and anoxic structured bed reactors inoculated with non-halophilic sludge was investigated for the treatment of synthetic effluent with salinity, organic matter, ammonia nitrogen (N-NH4+) and sulfate (SO42-) based on water produced in oil and gas extraction platforms. Batch tests evaluated the kinetics for methane production and SO42- reduction in the presence of salinity ranging from 0 to 35 g-NaCl L-1, without gradual adaptation to it. Methane production declined at high salinities, with values ranging from 139 to 29 NmL for 15.6 and 35 g-NaCl L-1, respectively. The reduction of SO42- was affected from 10.4 g-NaCl L-1, where the apparent kinetic constant ranged from 0.06 h-1 - 0 g-NaCl L-1 to 0.014 h-1 - 10.4 g-NaCl L-1. The results allow us to conclude that the sulfate-reducing bacteria (BRS) were the first affected by salinity, unbalancing the system and leading to acid accumulation. In a continuous anaerobic reactor, with COD/SO42- of 1.6, the salinity was increased from 1.7 to 50.0 g-NaCl L-1. The results showed that up to 35 g-NaCl L-1, methanogenic archaea (MA) and BRS equally participated in the COD conversion. In the presence of 50 g-NaCl L-1, COD removal efficiency ranged from 83 to 44% associated with acetate accumulation, with a 62% participation of the sulfidogenesis. Sulfetogenic activity was less sensitive to high salinity levels compared to methanogenesis, contrary to results obtained in batch tests. Next, a simultaneous nitritification and denitrification reactor (NDS) and only nitrifier with salinity from 0 to 35 g-NaCl L-1 were evaluated. The oxidation efficiency of N-NH4+ was 95%. However, for 35 g-NaCl L-1 there was an accumulation of nitrite during the operation of the NDS reactor. The variation of dissolved oxygen from 6 to 3 mg-O2 L-1 and the return to 6 mg-O2 L-1 allowed us to infer that the loss of N-NH4+ efficiency was due to salinity. The residual nitrate, present in the effluent from the aerobic reactor, indicated the possibility of a sequential treatment process using biogas rich in sulphide, generated in the anaerobic reactor at an N/S ratio of 1.6. To the autotrophic denitrifying reactor was added salinity from 0 to 15.6 g-NaCl L-1. The viability of this process was observed for 10.4 g-NaCl L-1, with nitrite accumulation in the order of 30 mg-N-NO2-L-1 being observed at higher concentrations.
 
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Date de Publication
2023-10-24
 
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