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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.97.2020.tde-25082021-103936
Document
Author
Full name
Felipe de Carvalho Aranha Vieira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Lorena, 2020
Supervisor
Committee
Paiva, Teresa Cristina Brazil de (President)
Pinhati, Fernanda Romanholi
Rodrigues, Rita de Cássia Lacerda Brambilla
Silva, João Paulo Alves
Title in Portuguese
Granulação de lodo aeróbio em reator de batelada sequencial utilizando fração líquida de esterco proveniente de atividade leiteira
Keywords in Portuguese
Lodo Aeróbio Granular
Reator de batelada sequencial
Tratamento biológico de efluentes
Abstract in Portuguese
A tecnologia de lodos granulares é utilizada em condições anaeróbias, e mais recentemente em condições aeróbias, principalmente em reatores de batelada sequencial. O lodo aeróbio granular é classificado como um caso especial de biofilme onde a união de células é formada em uma estrutura estável, continua e composta por associações multicelulares sob condições fisiológicas específicas. Sua composição é definida como um consórcio de diferentes variedades de bactérias contendo milhões de unidades por grama de biomassa, que não coagulam em reduzidas forças hidrodinâmicas. Diferentemente do lodo ativado, apresenta estrutura densa e forte, dotado de diferentes taxas de difusão de oxigênio no interior de sua estrutura. Estas características representam, principalmente, uma ótima capacidade de sedimentação e a possibilidade de diversos processos metabólicos ocorrerem em um único reator. No presente estudo, buscou-se o desenvolvimento de sistemas de reatores de batelada sequencial (RBS1 e RBS2) em nível laboratorial para aplicação desta tecnologia na estação de tratamento de esgoto da Escola de Engenharia de Lorena - USP. Inicialmente, foi utilizado substrato sintético, a fim de observar, de forma preliminar, as condições operacionais e as primeiras transformações do inóculo, de forma flocular, proveniente de sistema de lodos ativados em relação aos processos de granulação. Em experimento com efluente real, optou-se pela utilização da fração líquida de esterco da atividade leiteira. O planejamento do experimento foi baseado na diminuição do tempo de sedimentação no ciclo de um reator de batelada sequencial ao longo de suas fases. Isso representou um aumento na pressão de seleção de biomassa densa e com alta velocidade de sedimentação. As taxas de retenção hidráulica dos dois reatores (RBS1 e RBS2) foram inicialmente de 12 e 24 horas, respectivamente. A duração do experimento foi de 2 meses de aclimatação, sem a utilização de inóculo, com Vs(min) variando de 1m/h até 2,5m/h e 3 meses de operação com Vs(min) de 3,75 m.h-1, 5 m.h-1 e 7,5 m.h-1. Foi realizado o acompanhamento de análises físicas e químicas dos dois reatores. O processo de granulação foi realizado com sucesso no RBS2 no segundo mês de operação, apresentando dominância no reator de biomassa granular de até 1,5 mm a partir da sétima semana. Foi observado a diminiuição da porção orgânica na biomassa granular no RBS2 em relação a biomassa flocular no RBS1. Os ensaios de toxicidade utilizando o organismo Daphnia similis indicaram alta toxicidade aguda do efluente bruto preparado a partir de alta diluição de esterco bovino. Os tratamentos realizados pelos dois reatores reduziram o CE50 (%), porém os efluentes tratados não reduziram sua classificação toxicológica de acordo com a unidade tóxica.
Title in English
Aerobic granulation in a batch sequence reactor using liquid form of manure from dairy activities
Keywords in English
Biological treatment systems
Granular Sludge
Sequence batch reactor
Abstract in English
Abstract. The granular sludge technology is used in anaerobic conditions, through UASB reactors, and more recently in aerobic conditions, mainly in batch reactors. Granular aerobic sludge is classified as a special case of biofilm where the union of cells to form a stable, continuous structure and composed of multicellular associations under specific physiological conditions. Its composition is defined as a package of consortia of different bacterial strains containing millions of units per gram of biomass that do not coagulate in reduced hydrodynamic forces . Unlike activated sludge, presents a regular structure, dense and strong, with different rates of oxygen diffusion within its structure. These characteristics represents, mainly, an excellent sedimentation capacity and possibility of several metabolic processes in a single reactor. In the present study, a systems of sequence batch reactors (RBS1 and RBS2) were developed at the laboratory level for the application of this technology in the sewage treatment plant of the Lorena Engineering School of the Universisty of São Paulo. Initially, preliminary studies with synthetic substrates was realized to observe the operational conditions of the reactor and the first transformations of the inoculated activated sludge in relation to the granulation process. In the experiment with real effluent, it was decided to use the liquid fraction of dairy manure. The design of the experiment was based on the reduction of the sedimentation time along its phases in the cycle of a sequential batch reactor. This represents an increase in dense biomass selection pressure with a high sedimentation rate. The hydraulic retention rate of the two reactors (RBS1 and RBS2) were initially 12 and 24 hours, respectively. The duration of the experiment was 2 months of acclimatization, without use of inoculation, with Vs(min) ranging from 1m/h to 2.5m/h and 3 months of operation with (Vs) min of 3.75m/h, 5m/h and 7.5m/h. respectively. Physical and chemical analysis of both reactors was performed. The granulation process was successfully performed at RBS2 in the second month of operation, showing dominance in the granular biomass reactor up to 1.5mm from the seventh week. An increase of the inorganic portion in granular biomass present in RBS2 was observed in relation to flocular biomass in RBS1. Toxicity tests using Daphnia similis indicated high acute toxicity of crude effluent prepared from high dilution of cattle manure. The treatments performed by both reactors reduced the EC50 (%), but the treated effluents did not reduce their toxicological classification The treatments performed by both reactors reduced the EC50 (%), but the treated effluents did not reduce their toxicological classification according to the toxic unit.
 
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Publishing Date
2021-08-25
 
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