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Thèse de Doctorat
DOI
10.11606/T.18.2017.tde-04042017-163911
Document
Auteur
Nom complet
Eloá Cristina Figueirinha Pelegrino
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2016
Directeur
Jury
Reali, Marco Antonio Penalva (Président)
Daniel, Luiz Antonio
Moruzzi, Rodrigo Braga
Nour, Edson Aparecido Abdul
Piveli, Roque Passos
Titre en portugais
Avaliação do desempenho de um reator biológico anaeróbio com leito constituído de fibras flexíveis aplicado ao tratamento de esgoto
Mots-clés en portugais
Biomassa aderida
Coagulação
Esgoto
Filtração
Filtro de fibras flexíveis
Flotação
Leito de fibras flexíveis
Pós-tratamento
Reator anaeróbio
Rotação
Sedimentação
Resumé en portugais
Nas últimas décadas diversos tipos de meio suporte têm sido propostos para a melhoria da eficiência e/ou aumento da compacidade de reatores biológicos tratando esgoto sanitário. No presente trabalho de doutorado são apresentados os resultados obtidos com a aplicação de um novo tipo de reator biológico anaeróbio de fluxo ascendente com leito de fibras flexíveis aplicado ao tratamento de esgoto sintético. Sua concepção foi motivada pelas dificuldades verificadas em alguns tipos de reatores de leito expandido, os quais ao longo do tempo de operação podem perder suas características hidrodinâmicas iniciais, devido ao acúmulo de biomassa, passando a apresentar expansão não homogênea do leito. A proposta de uso da fibra de nylon como meio suporte se deveu a sua capacidade de atuar como leito flexível - quando fixo em apenas uma de suas extremidades - que, devido á sua flexibilidade, apresenta também características parecidas às de leito móvel. Nesse novo tipo de concepção de leito, a biomassa aderida às fibras flexíveis adquirem forma de longos filamentos, os quais, devido ao próprio escoamento do esgoto e à rotação do eixo em que as fibras são fixadas, permanecem estendidos de modo a proporcionar elevada relação volume/superfície. Essa biomassa na forma de finos filamentos permanece firmemente aderida ás fibras flexíveis, reduzindo o potencial de perda de biomassa juntamente com o efluente e também de possíveis obstruções de poros, comum em leitos granulares. Para o estudo, foi projetada, construída, operada e avaliada durante 458 dias, uma instalação piloto constituída de seis reatores na forma de colunas verticais com escoamento contínuo e ascendente, operando em paralelo. Nesses reatores foram variados parâmetros de configuração e operação, como: i) a densidade de fibras flexíveis que compuseram o leito de fibras flexíveis; ii) a rotação do eixo vertical onde foram fixadas as fibras do leito; iii) o tempo de detenção hidráulica (nas etapas de 1 a 4 foram testados TDH de 9; 6; 4 e 3 horas, respectivamente); iv) a interrupção da rotação em reator em andamento. Foram analisadas as eficiências de remoção de carga orgânica e do perfil vertical dos reatores, assim como foi realizada a avaliação da composição da biomassa encontrada no biofilme, com análise de imagem e microscopia. Os resultados demonstram que a configuração dos reatores forneceram excelentes resultados de remoção de carga orgânica e também se mostraram aptos para se adaptar as variações de vazões aplicadas ao longo do trabalho, sendo observados os melhores resultados na Etapa 1 da fase 1, onde o Reator 2 apresentou eficiência de remoção de 91% de DQO total, 96% de DQO filtrada, 86% de DBO e 60% de SST. Também foi possível observar que os reatores com maiores densidades de fibras apresentaram melhores eficiências e permaneceram mais estáveis em face às características investigadas. Quanto à aplicação de rotação foi possível observar sua interferência positiva sobre a eficiência de remoção dos reatores, principalmente para as densidades de fibras inferiores e que o aumento de sua rotação também trazia melhorias na remoção de carga orgânica. Já para a avaliação da interrupção da rotação foi possível observar a redução de eficiência para os parâmetros avaliados. Também foram analisados três pós-tratamentos do efluente do reator anaeróbio por flotação, sedimentação (com e sem coagulante) e filtração em filtro de fibras flexíveis. O pós-tratamento mais adequado para ser aplicado em conjunto ao reator anaeróbio de fibras flexíveis foi a flotação, por separação (sem adição de coagulante), que apresentou remoção de 71%de turbidez, 51% de cor aparente, 40% de DQO, 25% de DQO filtrada, 34% de fósforo total e 52% de SST. Na avaliação do pós-tratamentos físico-químico mais adequado, a flotação por ar dissolvido apresentou melhores resultados utilizando o coagulante PAC em dosagem de 14 mg.L-1 do princípio ativo de Al2O3, com eficiência de remoção do sistema de 84% de turbidez, 73% de cor aparente, 50% de DQO total e 31% de DQO filtrada, 45% de fosforo total e 62% SST.
Titre en anglais
Performance evaluation of an anaerobic biological reactor with bed made of flexible fibers applied to sewage treatment
Mots-clés en anglais
Anaerobic reactor
Attached biomass
Bed of flexible fibers
Coagulation
Filtration
Flexible fibers filter
Flotation
Post-treatment
Rotation
Sedimentation
Sewage
Resumé en anglais
In the last decades, many different types of support media have been proposed for improving the efficiency and / or increasing the compactness of biological reactors treating domestic sewage. The results obtained in the application of a new type of up flow anaerobic bioreactor with flexible fibers bed applied to synthetic wastewater treatment are presented in this PhD thesis. Its design was motivated by the difficulties observed in some types of expanded bed reactors, which may lose their initial hydrodynamic characteristics during operation time, due to the biomass accumulation, leading to inhomogeneous bed expansion. The proposed nylon fiber is used as the support media due to its ability to operate as flexible bed - when it is fixed at only one end - which, due to its flexibility, also has characteristics similar to the moving bed. In this new type of bed design, the biomass attached to the flexible fibers acquire the form of long filaments, which, due to the sewage flow and the rotation axis in which the fibers are fixed, remain extended in order to provide high volume /surface ratio. This biomass in the form of fine filament remains firmly attached to the flexible fibers, thereby reducing the potential loss of biomass along with the effluent, as well as possible pore clogging, which are common in granular beds. For this study, a pilot installation consisted of six parallel reactors in the form of vertical columns with continuous upflow was designed, constructed, operated and evaluated for 458 days. In these reactors were varied configuration settings and operation as: i) the density of flexible fibers that composed the bed of flexible fibers; ii) the rotation of the vertical axis where the bed fibers were fixed; iii) the hydraulic retention time (in steps 1 to 4, HDTs of 9, 6, 4 and 3 hours were tested, respectively); iv) interruption of the rotation in the reactor in progress. The organic load removal and the reactors vertical profile efficiencies were analyzed, as well as the biomass composition found in biofilm, with image analysis and microscopy. The results demonstrate that the configuration of reactors provided excellent results of organic load removal and also proved to be able to adapt to variations in flow rates applied during the tests. The best results were observed in Step 1 in phase 1, where the reactor 2 presented removal efficiency of 91% of total COD, 96% of filtered COD, 86% of BOD and 60% of SST. Reactors with higher fiber density presented improved efficiencies and remained more stable, considering the investigated characteristics. The application of rotation was proved to cause a positive interference on the efficiency of the reactors removal, mainly for lower fiber density, and the increase of this rotation also brought improvements in the organic load removal. The rotation interruption caused en efficiency reduction for the evaluated parameters. Three post-treatments of the effluent of anaerobic reactor were analyzed: flotation, sedimentation (with and without coagulant) and filtration on flexible fibers filter in phase 2. The most suitable post-treatment to be applied along with the anaerobic reactor with flexible fibers was the flotation by separation (without addition of coagulant), which presented removal of 71% of turbidity, 51% of apparent color, 40% of COD, 25% of filtered COD, 34% of total phosphorus and 52% of SST. In the evaluation of the most appropriate chemical-physical post-treatment, the dissolved air flotation presented better results when using the PAC coagulant in the dosage of 14 mg.L-1 of the active principle of Al2O3, with removal efficiency of 84% of turbidity, 73% of apparent color, 50% of total COD, 31% of filtered COD, 45% of total phosphorus and 62% of TSS.
 
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Date de Publication
2017-04-19
 
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  • Escher, A. E., Reali, M.A.P., and PELEGRINO, E. C. F. Influence of Hydraulic loading rate in the contact and separation zones on the performance of a DAF pilot unit applied for drinking water clarification. In The 6th International Conference on Flotation for Water and Waste Water Systems, New York, 2012. Proceedings of The 6th International Conference on Flotation for Water and Waste Water Systems.New York : IWA, 2012.
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