Avaliação do efeito da microfauna do tanque de arejamento no efluente final

O presente trabalho, efetuado na Estação de Tratamento de Águas Residuais do Freixo (ETAR do Freixo), decorreu durante um período de nove meses, (entre Dezembro de 2012 e Agosto de 2013), e teve como principais objetivos: - a observação microscópica e respetiva identificação dos organismos presentes nas lamas ativadas dos reatores biológicos da ETAR (incidindo nos protozoários, metazoários e bactérias filamentosas); - estabelecer a relação entre os organismos identificados/quantidade respetiva e a sedimentabilidade das lamas ativadas e sua influência no processo de depuração; - avaliar a variação das espécies identificadas com as alterações processuais. Para o efeito, a metodologia utilizada foi: - a colheita diária de amostras em vários pontos da ETAR; - a determinação dos parâmetros operacionais e caracterização das amostras recolhidas, tendo sido efetuadas 6039 análises físico-químicas, incluindo ao afluente à ETAR, ao afluente e ao conteúdo dos dois reatores biológicos, à corrente de recirculação de lamas e ao efluente; - a visualização diária microscópica ótica sem contraste de fase dos microrganismos presentes nos reatores biológicos; - a visualização microscópica ótica com contraste de fase da microfauna presente nos reatores biológicos, sendo efetuadas 16 identificações e quantificações dos protozoários presentes nas lamas ativadas dos dois reatores e 10 identificações e quantificações das bactérias filamentosas presentes nos dois reatores biológicos. O início do estudo ocorreu num período em que se começou a verificar um aumento excessivo de espumas nos decantadores secundários, resultando numa fraca sedimentabilidade das lamas e numa menor qualidade do efluente final. Na tentativa de reduzir a excessiva ascensão do manto de lamas que se verificou, foram efectuadas alterações operacionais, consistindo: - na alteração da razão de recirculação da decantação secundária para os reatores biológicos; - na introdução de um composto altamente concentrado em matéria orgânica na corrente de recirculação de lamas; - na alteração da extração de lamas biológicas. Verificou-se que as alterações processuais efetuadas foram muito eficazes na diminuição do manto de lamas da decantação secundária, bem como muito eficazes na qualidade do efluente final. Durante os meses de Fevereiro a Agosto fez-se o acompanhamento diário de todas as condições de operação de modo a manter e validar o procedimento de operação, o qual se considerou muito eficaz em termos de obtenção de uma água tratada de excelente qualidade. Durante o estudo efetuado, verificou-se que a população microbiológica existente nos dois reatores biológicos se manteve praticamente inalterada durante todo o período, sendo os móveis de fundo e os sésseis os grupos dominantes. Esta dominância traduziu-se na elevada qualidade do efluente final que se observou a partir do mês de Fevereiro, tendo dificultado o estudo de novas condições de operação, mas facilitando a validação do procedimento adotado. No que se refere às bactérias filamentosas, verificou-se que são diversas as espécies presentes nos reatores biológicos e que existem em grande abundância, sendo que o Tipo 0092 é claramente dominante. O excessivo crescimento deste tipo de bactérias mostrou ser o maior problema a nível microbiológico no processo de tratamento da instalação, tornando-se crítico no período de inverno em que a temperatura e os picos de pluviosidade se mostraram condições favoráveis ao seu desenvolvimento. Para além da temperatura outros fatores mostraram-se responsáveis pelo seu crescimento tais como a razão Alimento/Microrganismo (A/M), a idade das lamas, a carga mássica afluente e o teor de oxigénio dissolvido nos reatores biológicos. Pode-se concluir que apesar de não se trabalhar com os valores teóricos dos parâmetros microbiológicos e operacionais considerados ideais, a ETAR do Freixo, possui um tratamento bastante eficaz na remoção da carga orgânica, na remoção de nutrientes e na remoção de sólidos suspensos totais, apesar da não existência de uma etapa de afinação final como a filtração.

Projeto de uma ETAR para a freguesia de Canelas, Penafiel

O tratamento das águas residuais domésticas surge com o intuito de degradar os poluentes presentes, para que as águas residuais tratadas não prejudiquem o ambiente nem a saúde pública. O presente trabalho teve como objetivo a conceção e o dimensionamento de uma Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) na freguesia de Canelas com a finalidade de substituir a já existente e permitir a ampliação da área da rede de saneamento da freguesia. Foram considerados dois tipos de ETAR’s, compacta e convencional, para tratar águas residuais domésticas de aproxidamente 2000 habitantes, com um caudal médio de 400 m3/dia e um caudal de ponta de 1136,7 m3/dia. Das duas opções optou-se pela convencional uma vez que acarreta um menor investimento, no valor de 187 232 €, e se considera também mais adequada às características do efluente a tratar. O tratamento escolhido inclui inicialmente uma gradagem, com uma grade constituída por sete barras com um espaçamento de 20 mm entre elas, seguida de um tamisador rotativo com uma abertura de malha de 3 mm. Depois do tamisador, optou-se por um sistema de desarenação/desengorduramento com um volume do tanque de 3,95 m3 e um fluxo de ar de 17,9 m3/h. Na fase seguinte considerou-se um tratamento biológico por lamas ativadas em regime de arejamento prolongado num tanque de arejamento de volume igual a 245,8 m3 com um arejador submerso, seguindo-se um decantador secundário de volume 33,3 m3. Por último, escolheu-se um sistema de desinfeção por ultravioleta e, a montante do mesmo, um filtro rápido para eliminar pequenas partículas que o efluente ainda possa conter. Para a desinfeção foram consideradas duas secções com cinco módulos de duas lâmpadas cada, ou seja, vinte lâmpadas ultravioleta. Dos resíduos produzidos pelo tratamento da água residual, os gradados e as areias serão encaminhados para aterro, enquanto que as lamas serão enviadas para a ETAR das Termas de S.Vicente, para que sofram o tratamento adequado e sejam encaminhadas para o destinal final adequado (aplicação em solos agrícolas, compostagem ou em alternativa para aterro). No caso da ETAR covencional foi ainda avaliada a possível reutilização de um decantador da ETAR de Milhundos uma vez que esta se encontrava em fase de desativação. Desta avaliação, concluiu-se que não seria economicamente viável o seu reaproveitamento. Mestrado em Engenharia Química – Tecnologias de Proteção Ambiental Para além disso realizou-se também um levantamento dos principais problemas que ocorrem na maioria das ETAR’s e foram apresentadas as respetivas sugestões de resolução. A realização de um inquérito permititu concluir que os odores são o problema que mais causa incómodo à população.

Development of oxidoreductase based electrochemical biosensors

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Dissolved organic nitrogen behaviour during denitrification with suspended and attached biomass

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Engenharia Sanitária

Understanding the microbial ecology and ecophysiology of enhanced biological phosphorus removal processes through metabolic modelling and experimental studies

Dissertation to obtain the degree of Master in Chemical and Biochemical Engineering

The appraisal of mesophilic anaerobic digestion and thermophilic aerobic digestion in the treatment of municipal sludge in Ireland

It has been well documented that the optimum feedstock for anaerobic digesters consists of readily biodegradable compounds, as found in primary sludge or even a mixed substrate of primary and excess activated sludge. Due to the requirements of the Urban Wastewater Treatment Plant Directive of 1991, the quantities of secondary sludge generated is set to increase substantially. A pilot scale study was undertaken to evaluate the performance of both Mesophilic Anaerobic Digestion and Thermophilic Aerobic digestion in the treatment of secondary sludge. The results indicated that the anaerobic pilot scale digester achieved a greater solids destruction than the aerobic pilot plant averaging at 28% T.S. removal verses 20% for the aerobic digester, despite the fact that secondary sludge is the optimum feedstock for aerobic digestion. This can, however, be attributed to the greater biomass yield experienced with aerobic systems, and to the absence of Autothermal conditions. At present, the traditional technique of Mesophilic Anaerobic Digestion is in widespread application throughout Ireland, for the stabilisation of sewage sludge. There is only one Autothermal Thermophilic Aerobic Digester at present situated in Killarney, Co. Kerry. A further objectives of the study was to compare full-scale applications of Mesophilic Anaerobic Digestion to ATAD. Two Sludge Treatment plants, situated in Co. Kerry, were used for this purpose, and were assessed mainly under the following headings; process stability, solids reduction on average, the ATAD plant in Killarney has the advantage of producing a “Class A” Biosolid in terms of pathogen reduction, and can effectively treat double the quantity of sludge. In addition, economically the ATAD plant is cheaper to run, costing €190 / t.d.s verses €211 / t.d.s. for the anaerobic digester in Tralee. An overview of additional operational Anaerobic Digestion Plants throughout Ireland is also presented.

The effects of detergent loading on rotating biological contactor (RBC) wastewater treatment efficiency

There are presently over 182 RBC plants, treating domestic wastewater, in the Republic of Ireland, 136 of which have been installed since 1986. The use of this treatment plant technology, although not new, is becoming increasingly popular. The aim of this research was to assess the effects that a household detergent has on rotating biological contractor treatment plant efficiency. Household detergents contribute phosphorus to the surrounding environment and can also remove beneficial biomass from the disc media. A simple modification was made to a conventional flat disc unit to increase the oxygen transfer of the process. The treatment efficiency of the modified RBC (with aeration cups attached) was assessed against a parallel conventional system, with and without degergent loading. The parameters monitored were chemical oxygen demand (COD), bio-chemical oxygen demand (BOD), nitrates, phosphates, dissolved oxygen, the motors power consumption, pH, and temperature. Some microscopic analysis of the biofilm was also to be carried out. The treatment efficiency of both units was compared, based on COD/BOD removal. The degree of nitrification achievable by both units was also assessed with any fluctuations in pH noted. Monitoring of the phosphorus removal capabilities of both units was undertaken. Relationships between detergent concentrations and COD removal efficiencies were also analysed.

Oxygen consumption of Litopenaeus vannamei juveniles in heterotrophic medium with zero water exchange

This work aimed at determining the dissolved oxygen consumption rate of Litopenaeus vannamei juveniles maintained in a microbial biofloc raceway system at high density with no aeration. Three 4 L bottles were filled for each treatment, sealed hermetically, and placed in an enclosed greenhouse raceway system. Four shrimp (13.2±1.42 g) were assigned to two sets of the bottles, which underwent the following treatments: light conditions with no shrimp; dark conditions with no shrimp; light conditions with shrimp; and dark conditions with shrimp. Dissolved oxygen content was measured every 10 min for 30 min. A quadratic behavior was observed in dissolved oxygen concentration over time. Significant differences for oxigen consumption were observed only at 10 and 20 min between shrimp maintained in the dark and those under light conditions. At 10 min, a higher value was observed in shrimp maintained under light, and at 20 min, in the dark. Significant differences between 10 and 20 min and between 10 and 30 min were observed when oxygen consumption was analyzed over time in the presence of light. Under dark conditions there were significant differences only between 20 and 30 min. Lethal oxygen concentration (0.65 mg L-1) would be reached in less than one hour either under light or dark conditions with no aeration.

Balancing effluent quality, economic cost and greenhouse gas emissions during the evaluation of (plant-wide) control/operational strategies in WWTPs

The objective of this paper was to show the potential additional insight that result from adding greenhouse gas (GHG) emissions to plant performance evaluation criteria, such as effluent quality (EQI) and operational cost (OCI) indices, when evaluating (plant-wide) control/operational strategies in wastewater treatment plants (WWTPs). The proposed GHG evaluation is based on a set of comprehensive dynamic models that estimate the most significant potential on-site and off-site sources of CO2, CH4 and N2O. The study calculates and discusses the changes in EQI, OCI and the emission of GHGs as a consequence of varying the following four process variables: (i) the set point of aeration control in the activated sludge section; (ii) the removal efficiency of total suspended solids (TSS) in the primary clarifier; (iii) the temperature in the anaerobic digester; and (iv) the control of the flow of anaerobic digester supernatants coming from sludge treatment. Based upon the assumptions built into the model structures, simulation results highlight the potential undesirable effects of increased GHG production when carrying out local energy optimization of the aeration system in the activated sludge section and energy recovery from the AD. Although off-site CO2 emissions may decrease, the effect is counterbalanced by increased N2O emissions, especially since N2O has a 300-fold stronger greenhouse effect than CO2. The reported results emphasize the importance and usefulness of using multiple evaluation criteria to compare and evaluate (plant-wide) control strategies in a WWTP for more informed operational decision making

Start-up of horizontal anaerobic reactors with sludge blanket and fixed bed for wastewater treatment from coffee processing by wet method

In this study it was evaluated the start-up procedures of anaerobic treatment system with three horizontal anaerobic reactors (R1, R2 and R3), installed in series, with volume of 1.2 L each. R1 had sludge blanket, and R2 and R3 had half supporter of bamboo and coconut fiber, respectively. As an affluent, it was synthesized wastewater from mechanical pulping of the coffee fruit by wet method, with a mean value of total chemical oxygen demand (CODtotal) of 16,003 mg L-1. The hydraulic retention time (HRT) in each reactor was 30 h. The volumetric organic loading (VOL) applied in R1 varied from 8.9 to 25.0 g of CODtotal (L d)-1. The mean removal efficiencies of CODtotal varied from 43 to 97% in the treatment system (R1+R2+R3), stabilizing above 80% after 30 days of operation. The mean content of methane in the biogas were of 70 to 76%, the mean volumetric production was 1.7 L CH4 (L reactor d)-1 in the system, and the higher conversions were around at 0.20 L CH4 (g CODremoved)-1 in R1 and R2. The mean values of pH in the effluents ranged from 6.8 to 8.3 and the mean values of total volatile acids remained below 200 mg L-1 in the effluent of R3. The concentrations of total phenols of the affluent ranged from 45 to 278 mg L-1, and the mean removal efficiency was of 52%. The start-up of the anaerobic treatment system occurred after 30 days of operation as a result of inoculation with anaerobic sludge with active microbiota.

Käänteisosmoosin esikäsittelymenetelmät

Käänteisosmoosisuodatusta käytetään erityisesti teollisuuden jätevesien loppupuhdistuksessa. Suodatuksen ongelmana on kalvojen likaantuminen ja tukkiutuminen. Tässä työssä on aiempia tutkimuksia hyväksikäyttäen tutkittu käänteisosmoosiin tulevan veden esikäsittelemistä niin, että kalvojen likaantumiselta vältyttäisiin. Menetelmien vertailussa on käytetty erilaisia veden laadusta kertovia parametreja. Ongelmallisimmiksi aineksiksi huomattiin orgaaninen aines ja jotkin veteen liuenneet ionit. Kiintoaineen erottaminen ei ole ollut suuri ongelma, sillä sen saa poistettua tavallisesti käytetyillä rakeissuodatuksella, laskeutuksella, flotaatiolla ja kalvosuodatuksella. Orgaanista ainesta on saatu erotettua erityisesti hapettamalla, aktiivilieteprosessilla ja biologisella aktiivihiilisuodattimella. Mikro- ja ultrasuodatusta käytetään usein juuri ennen käänteisosmoosia poistamaan erityisesti kolloidista materiaalia ja joitain liuenneita ioneja. Flokkien muodostaminen koagulaatiossa ja flokkulaatiossa parantaa lähes kaikkien menetelmien toimivuutta selvästi. Veden puhdistuksessa käytetyt kemikaalit voivat myös liika-annosteltuina liata kalvoja. Vesien pitoisuuksissa eri ainesten osalta on huomattavia eroja, joten puhdistettava vesi on hyvä analysoida etukäteen parhaiden käsittelymenetelmien valitsemiseksi.

Control and optimization of an SBR for nitrogen removal: from model calibration to plant operation

En aquesta tesis s'ha desenvolupat un sistema de control capaç d'optimitzar el funcionament dels Reactors Discontinus Seqüencials dins el camp de l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals. El sistema de control permet ajustar en línia la durada de les etapes de reacció a partir de mesures directes o indirectes de sondes. En una primera etapa de la tesis s'ha estudiat la calibració de models matemàtics que permeten realitzar fàcilment provatures de diferents estratègies de control. A partir de l'anàlisis de dades històriques s'han plantejat diferents opcions per controlar l'SBR i les més convenients s'han provat mitjançant simulació. Després d'assegurar l'èxit de l'estratègia de control mitjançant simulacions s'ha implementat en una planta semi-industrial. Finalment es planteja l'estructura d'uns sistema supervisor encarregat de controlar el funcionament de l'SBR no només a nivell de fases sinó també a nivell cicle.

Comportamento do reator seqüencial em batelada (RSB) sob estado estacionário dinâmico utilizando idade do lodo como parâmetro de controle operacional

O reator seqüencial em batelada (RSB) é uma variante de lodos ativados capaz de promover a remoção da matéria orgânica, a remoção dos nutrientes e a separação da fase sólida da líquida em uma unidade. A valorização das áreas urbanas, a carência de tratamento terciário e a crescente necessidade de redução nas dimensões de estações de tratamento de esgoto devem impulsionar o desenvolvimento de pesquisas sobre RSB em curto espaço de tempo. A partir deste cenário, o presente trabalho teve como objetivo modelar o comportamento do reator seqüencial em batelada a partir da teoria desenvolvida por Marais e colaboradores. Dentro deste contexto, a cinética de oxidação dos compostos orgânicos e do nitrogênio na forma amoniacal foi descrita e modelada. O trabalho experimental foi realizado em duas escalas: bancada e piloto. O experimento em escala de bancada foi dividido em duas fases. Foram utilizados dois RSBs e um sistema de fluxo contínuo. Um reator seqüencial em batelada (RSB1) foi operado com idade de lodo. O outro reator em batelada (RSB2) foi operado em função da relação F/M e o sistema de fluxo contínuo (FC1) por idade de lodo. Estes reatores foram utilizados como controle no monitoramento do RSB1 Na primeira fase, os três sistemas removeram apenas matéria orgânica. Na fase seguinte, removeram matéria orgânica e nitrogênio. A partir dos resultados obtidos em escala de bancada, foi possível concluir que o modelo desenvolvido pode ser aplicado ao reator seqüencial em batelada operando com idade de lodo, permitindo determinar a qualidade do efluente, a produção de lodo e o consumo de oxidante. Além disso, foi possível descrever o comportamento da taxa de consumo de oxigênio em função da oxidação da matéria orgânica biodegradável e da oxidação do nitrogênio na forma amoniacal. O reator seqüencial em batelada operado com idade de lodo (RSB1) alcançou remoção média de matéria orgânica de 90 % nas idades de lodo de 30, 20, 10 e 5 dias. A remoção média de nitrogênio mais elevada foi obtida na idade de lodo de 20 dias e atingiu 87 %. Nas demais idades de lodo a remoção média de nitrogênio variou entre 79 e 42 %. A modelagem do comportamento do reator seqüencial em batelada resultou numa proposta de metodologia para o dimensionamento que tem como finalidade abolir critérios obsoletos e inadequados para o dimensionamento de lodos ativados em batelada No experimento em escala piloto, foram utilizados um reator seqüencial em batelada, denominado RSB, e um sistema de fluxo contínuo com a configuração Bardenpho, denominado FC. Os sistemas de lodos ativados sob investigação foram monitorados em duas idades de lodo: 30 e 10 dias. Os dados do experimento em escala piloto mostraram que os processos físico-químicos e biológicos envolvidos na remoção de matéria orgânica e nitrogênio no RSB foram mais eficientes do que no Bardenpho quando trataram o mesmo esgoto doméstico e foram submetidos às mesmas condições operacionais. No RSB, obteve-se 88 e 89 % de remoção de matéria orgânica nas idades de lodo de 10 e 30 dias, respectivamente. Nesta seqüência das idades de lodo, a eficiência do Bardenpho caiu de 87 para 76 %. O sistema de fluxo contínuo removeu 66 e 52 % do nitrogênio total afluente nas idades de lodo de 10 e 30 dias, respectivamente. A eficiência do RSB na remoção de nitrogênio foi determinada apenas na idade de lodo de 10 dias e alcançou 69 %. A partir dos resultados obtidos em escala de bancada e piloto, constata-se que o reator seqüencial em batelada operando com idade de lodo pode ser utilizado no tratamento de esgoto doméstico e obter eficiência na remoção de matéria orgânica e nitrogênio igual ou superior ao sistema de fluxo contínuo.

The use of mechanical aeration and its effects on water mass

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Remoção de nitrogênio em biofiltros aerado e anóxico, com alto índice de vazios e sem remoção de lodo

The improper disposal of nitrogen in receiving water courses causes problems such as toxicity to living beings through the consumption of oxygen to meet the nitrogen demand, eutrophication and nitrate contamination of aquifers. For this reason it is often necessary to be carried out complementary treatment of wastewater to eliminate or reduce the concentration of this compound in the wastewater. The objective of this study is to evaluate the biological removal of nitrogen compounds using submerged aerated and anoxic filters as post-treatment of an anaerobic system, with low cost and innovative technology, which in previous studies has shown high removal efficiency of organic matter and great potential biological nitrogen compounds removal. The simple design with perforated hoses for air distribution and filling with plastic parts proved to be very efficient in relation to organic matter removal and nitrification. The system presented, in the best stage, efficiency in converting ammonia to nitrate by 71%, and produced a final effluent concentration below 10 mg / L of NH3-N. In addition, carbon concentration was removed by 77%, producing final effluent with 24 mg/L COD. However, denitrification in anoxic filter was not effective even with the addition of an external carbon source. There was a reduction of up to 56% of nitrogen caused by the process of simultaneous nitrification and denitrification (SND). The high voids space presented by this type of support material coupled with direct aeration of the sludge, allows the respiration of biomass retained between the endogenous phase, increased cell retention time and sludge retention capacity, producing a final effluent with turbidity less than 5 UT and total suspended solids around 5.0 mg/L