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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-14012021-154858
Documento
Autor
Nombre completo
Larissa Garcez Bicelli
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2020
Director
Tribunal
Souza, Theo Syrto Octavio de (Presidente)
Gomes, Simone Damasceno
Moura, Rafael Brito de
Título en portugués
Avaliação da tecnologia de biodiscos na aplicação de bioprocessos modernos de remoção de nitrogênio para o tratamento de lixiviados de aterros sanitários.
Palabras clave en portugués
Aterro sanitário
Biodisco
Biofilmes
Lixiviação
Microaeração
Nitrogênio
Resumen en portugués
A remoção de nitrogênio é um aspecto muito importante do tratamento de águas residuárias, incluindo lixiviados de aterros sanitários. A aplicação de rotas biológicas alternativas para a sua remoção é de extrema importância e pesquisas baseadas no processo anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation) e em outros bioprocessos inovadores têm sido conduzidas mundialmente para remoção de nitrogênio de águas residuárias. Os biodiscos (Rotating Biological Contactors - RBCs) surgem como uma alternativa de interesse para o tratamento de lixiviado de aterros sanitários frente aos processos convencionais, uma vez que reatores de biofilmes têm como principais vantagens idade do lodo elevada e alta resistência ao choque de cargas de matéria orgânica e de nitrogênio. Neste contexto, o presente trabalho objetivou avaliar o desempenho desta tecnologia na remoção de nitrogênio de lixiviados de aterros sanitários. O reator de bancada com volume útil de 3,9 L foi operado inicialmente sem inóculo, para observação do desenvolvimento natural da biomassa nitrificante, que ocorreu com poucos dias de funcionamento. A alimentação foi realizada na primeira etapa da pesquisa com efluente sintético, incrementando-se gradualmente a concentração de nitrogênio amoniacal na alimentação de 50 a 1000 mg N.L-1, e na segunda etapa com lixiviado de aterro sanitário diluído na proporção de 1:3, com concentração média de 500 mg N.L-1 . Com exceção do período de adaptação, onde foi utilizado um tempo de detenção hidráulica (TDH) de 36 horas, a operação do reator foi realizada variando-se o valor na faixa de 24-10 h. Foram avaliadas rotações contínuas e intermitentes e velocidades de rotação entre 5 e 10 rpm para rotação contínua, assim como diferentes ciclos de rotação para rotação intermitente. O uso de rotação contínua, independente da velocidade, nas primeiras fases da Etapa I, gerou elevados valores de OD (7,7-1,4 mg.L-1), e altas eficiências de nitratação, com valores chegando a 99,7%, e ficou evidente que, para a ocorrência especificamente de nitritação e posteriormente desenvolvimento simultâneo de anammox, maiores concentrações de nitrogênio amoniacal seriam necessárias para supressão das bactérias nitratantes. Entretanto, a concentração de 1000 mg N.L-1 causou a falência do sistema, explicada principalmente pela inibição por amônia livre. A utilização de rotação intermitente consistiu em abordagem inovadora e resultou na obtenção de microaeração (0,15-2,1 mg.L-1 ). Juntamente com a redução do TDH para 12 horas, esta estratégia permitiu alcançar valores mais elevados de eficiência de nitritação, com valor máximo obtido de 54,6%, que foram comprovados pela dominância das espécies nitritantes e supressão das nitratantes, em análises de hibridização fluorescente in situ (FISH). Na Etapa II, a alimentação do sistema com lixiviado foi agressiva à comunidade microbiana e afetou as eficiências de nitritação observadas anteriormente, obtendo uma máxima de 34,0% e valores de OD entre 0,8 e 1,8 mg.L-1. Foi observada a presença de bactérias anammox no biofilme em ambas as etapas, mas não foi possível criar condições favoráveis para sua dominância. Ainda assim, os resultados indicaram o potencial do sistema para o desenvolvimento do processo de nitritação parcial-anammox e sua aplicação para lixiviados de aterros sanitários, desde que uma adaptação gradual da comunidade microbiana seja realizada para este tipo de efluente.
Título en inglés
Evaluation of rotating biological contactors in the application of novel nitrogen removal bioprocesses for landfill leachate treatment.
Palabras clave en inglés
Biofilm
Landfill leachate
Microaeration
Nitrogen
Rotating biological contactors
Resumen en inglés
Nitrogen removal is important for wastewater treatment, including landfill leachate treatment. The application of alternative biological routes for its removal is essential and research based on the anammox process (Anaerobic Ammonium Oxidation) and other innovative bioprocesses has been conducted worldwide. Rotating Biological Contactors (RBCs) appear as an interesting alternative for the treatment of leachate when compared to conventional processes, since biofilm reactors have, as main advantages, a long retention time of the biomass and high resistance to organic and nitrogen shock loads. In this context, the present research aimed to evaluate the performance of this technology for nitrogen removal from landfills leachate. A bench-scale reactor with a working volume of 3.9 L was initially operated without inoculum, to observe the natural development of nitrifying biomass, which occurred within a few days of operation. The feed was carried out in the first stage of the research with synthetic wastewater, with the gradual increase of the concentration of ammoniacal nitrogen from 50 to 1000 mg N.L-1, and in the second stage with diluted landfill leachate in the proportion of 1:3, with an average concentration of 500 mg N.L-1 . Except for the adaptation period, in which a hydraulic retention time (HRT) was maintained at 36 hours, the reactor was operated with HRTs in the range of 24-10 h. Continuous and intermittent rotation were evaluated and rotation speeds between 5 and 10 rpm for continuous rotation, as well as different rotation cycles for intermittent rotation. The use of continuous rotation, regardless of speed, in the first phases of Step I, reached high DO values (7.7-1.4 mg.L-1), and high nitratation efficiencies, with values reaching 99.7 %, and it was evident that, for the specific occurrence of nitritation and posterior simultaneous development of anammox, higher concentrations of ammoniacal nitrogen would be necessary to supporting the suppression of NOB. However, the concentration of 1000 mg N.L-1 caused system failure, mainly explained by the inhibition by free ammonia. The use of intermittent rotation consisted of an innovative approach and resulted in micro aeration (0.15-2.1 mg.L-1). Along with the reduction of HRT for 12 hours, this approach possible to reach higher values of nitritation efficiency, with a maximum value obtained of 54.6%, which were proven by the dominance of AOB and suppression of NOB in molecular biology analyses using the FISH technique. In Step II, feeding the system with leachate was aggressive to the microbial community and affected the nitritation efficiencies observed previously, obtaining a maximum of 34.0% and OD values between 0.8 and 1.8 mg.L-1. The presence of anammox bacteria in the biofilm was observed in both stages, but it was not possible to create favorable conditions for its dominance. Even so, the results indicating the potential of the system for the development of the partial nitritation-anammox process and its application for landfill leachate, provided that a gradual adaptation of the microbial community is carried out for this type of effluent.
 
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Fecha de Publicación
2021-01-19
 
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