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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2020.tde-20052020-115938
Document
Auteur
Nom complet
Jamille Sandes de Carvalho
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2019
Directeur
Jury
Damianovic, Marcia Helena Rissato Zamariolli (Président)
Kellner, Erich
Okada, Dagoberto Yukio
Titre en portugais
Sistemas MBBR em escala piloto operados em bateladas sequenciais para remoção de matéria orgânica e nitrogênio de esgoto sanitário: impacto do material suporte no desempenho dos processos e na geração de lodo
Mots-clés en portugais
Biobob®
Biomassa imobilizada
Esgoto sanitário
MBBR
Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (NDS)
Resumé en portugais
Processos aeróbios de tratamento de esgoto têm alta eficiência de remoção de matéria orgânica e, nas condições adequadas, apresentam capacidade de remover nutrientes. Como desvantagem intrínseca a esse tipo de tratamento, tem-se a elevada produção de lodo, associada ao seu gerenciamento, que deve ser feito adequadamente. O sistema MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor apresenta as vantagens de um processo aeróbio, e ao inserir meios suportes em seu interior, apresentaram-se, nesta pesquisa, os objetivos de aumentar a eficiência de remoção da matéria orgânica e nitrogenada, facilitar a separação da fração suspensa do efluente e reduzir a geração de lodo. Para tanto, foram comparadas as remoções de DQO e nitrogênio e a produção de lodo em três reatores: R1, com o meio suporte Mutag Biochip; R2 com Biobob® e o R3 contendo biomassa suspensa. O sistema foi operado em bateladas sequenciais, com ciclos de 6 horas nas fases I e II, e tempos de aeração de 4 e 3 horas, respectivamente; e na Fase III, com ciclos de 4 horas e tempo de aeração de 2 horas. A remoção de DQO foi de 80 a 90% em todos os reatores, em todas as fases de operação. Os reatores com biomassa aderida conseguiram estabelecer a nitrificação, enquanto o efluente do reator de biomassa suspensa apresentou alta concentração de N-NH4+. A remoção de N-total ocorreu por Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (NDS) e as eficiências observadas em R1 e R2 foram da ordem de 20 e 40% nas fases I e II, respectivamente. Na Fase III, R1 apresentou eficiência de 15% de remoção de N e R2 manteve 40%. R3 apresentou uma eficiência entre 10 e 20% de remoção de N e, ao reduzir os tempos de ciclo e aeração, foi ao colapso. O melhor desempenho dos reatores com biomassa aderida pode ser explicado, inclusive, pelo tempo de retenção celular, que é muito maior nesse tipo de concepção, contribuindo com o desenvolvimento das bactérias de crescimento mais lento, como as nitrificantes. A massa de biomassa aderida ao Biobob® foi três vezes maior do que ao Mutag Biochip e a produção de lodo durante o período operacional foi de 4,6 kg neste reator e de 2,8 kg naquele contendo Biobob®. R3 produziu, em apenas duas fases, 0,5 kg de lodo, pois apresentou baixa sedimentabilidade, o que causou grandes perdas de sólidos no efluente e baixa concentração de microrganismos no líquido de mistura. Os perfis de concentração mostraram que a DQO foi consumida em até 1 hora de aeração, justificando a escassez de doadores de elétrons para a desnitrificação e que sua inserção na fase não aerada poderia incrementar a desnitrificação.
Titre en anglais
Pilot-scale MBBR operated under sequencing batch mode, treating domestic wastewater to remove organic matter and nitrogen: impact of carrier on stability and sludge generation
Mots-clés en anglais
Attached biomass
Biobob®
Domestic wastewater
MBBR
Simultaneous Nitrification and Denitrification
Resumé en anglais
Aerobic treatment processes have high efficiency of organic matter removal and, under proper conditions, capacity to remove nutrients. The high sludge generation is an intrinsic disadvantage of this type of treatment and its management must be done properly. The MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor has the aerobic processes' advantages and, by inserting carriers in the reactors, the aim was to increase the efficiency of carbon and nitrogen removal, to facilitate the detachment of suspended biomass and the efluente, besides the sludge generation reduction. This study compares the COD and nitrogen removals and the sludge production in 3 reactors: R1, filled with the carrier Mutag Biochip; R2 with Biobob® and R3 containing suspended biomass. The whole system was operated in sequencing batch mode, the cycles of phases I and II were 6 hours long, with aeration times of 4 and 3 hours, respectively, and Phase III with 4 hours long cycles and 2 hours of aeration. The removal of COD was 80 to 90% in any reactor, in all phases. The attached biofilm reactors could stablish nitrification, while the suspended biomass reactor presented effluent with high ammonia concentration. The removal of N-total occured by Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) and R1 and R2 reached similar efficiencies of N-total removal, about 20 e 40% on phases I and II, respectively; and on Phase III, R1 reached about 15% of N-total removal and R2 mantained 40%. R3 obtained between 10 and 20% of N-total removal and, by reducing the cycle and aeration times, it collapsed. The best performance by the attached biomass reactors can be explained, inclusively, by the cell retention time, which is much higher in this type of conception, and enough for the slow growth bacteria, as the nitrifiers. The mass of Biobob®'s biofilm was nearly 3 times higher than Mutag Biochip's and the sludge production was 4,6 kg by this reactor and 2,8 kg by the one containg Biobob®, during the whole operation period. R3 produced 0,5 kg of sludge, in only two phases, due to this poor sedimentability, that caused the washout of solids and low concentration of microrganisms on mixed-liquor. The concentration profiles showed that COD is consumed in until one hour of aeration, explaining the loss of electron donors for denitrification and that its insertion in the anoxic period could increase the denitrification.
 
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Date de Publication
2020-05-20
 
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