Operation and control of SBR processes for enhanced biological nutrient removal from wastewater

In the last decades, the awareness of environmental issues has increased in society considerably. There is an increasing need to improve the effluent quality of domestic wastewater treatment processes. This thesis describes the application of the Sequencing Batch Reactor (SBR) technology for Biological Nutrient Removal (BNR) from the wastewater. In particular, the work presented evolves from the nitrogen removal to the biological nutrient removal (i.e. nitrogen plus phosphorous removal) with special attention to the operational strategy design, the identification of possible reactor cycle controls or the influent composition related to the process efficiency. In such sense, also the use of ethanol as an external carbon (when low influent Carbon:Phosphorus (C:P) or Carbon:Nitrogen (C:N) ratios are presented) are studied as an alternative to maintain the BNR efficiency.

Supervisory systems in waste water treatment plants: sistematise their implementation

La implantació de Sistemes de Suport a la presa de Decisions (SSD) en Estacions Depuradores d'Aigües Residuals Urbanes (EDAR) facilita l'aplicació de tècniques més eficients basades en el coneixement per a la gestió del procés, assegurant la qualitat de l'aigua de sortida tot minimitzant el cost ambiental de la seva explotació. Els sistemes basats en el coneixement es caracteritzen per la seva capacitat de treballar amb dominis molt poc estructurats, i gran part de la informació rellevant de tipus qualitatiu i/o incerta. Precisament aquests són els trets característics que es poden trobar en els sistemes biològics de depuració, i en conseqüència en una EDAR. No obstant, l'elevada complexitat dels SSD fa molt costós el seu disseny, desenvolupament i aplicació en planta real, pel que resulta determinant la generació d'un protocol que faciliti la seva exportació a EDARs de tecnologia similar. L'objectiu del present treball de Tesi és precisament el desenvolupament d'un protocol que faciliti l'exportació sistemàtica de SSD i l'aprofitament del coneixement del procés prèviament adquirit. El treball es desenvolupa en base al cas d'estudi resultant de l'exportació a l'EDAR Montornès del prototipus original de SSD implementat a l'EDAR Granollers. Aquest SSD integra dos tipus de sistemes basats en el coneixement, concretament els sistemes basats en regles (els quals són programes informàtics que emulen el raonament humà i la seva capacitat de solucionar problemes utilitzant les mateixes fonts d'informació) i els sistemes de raonament basats en casos (els quals són programes informàtics basats en el coneixement que volen solucionar les situacions anormals que pateix la planta en el moment actual mitjançant el record de l'acció efectuada en una situació passada similar). El treball està estructurat en diferents capítols, en el primer dels quals, el lector s'introdueix en el món dels sistemes de suport a la decisió i en el domini de la depuració d'aigües. Seguidament es fixen els objectius i es descriuen els materials i mètodes utilitzats. A continuació es presenta el prototipus de SSD desenvolupat per la EDAR Granollers. Una vegada el prototipus ha estat presentat es descriu el primer protocol plantejat pel mateix autor de la Tesi en el seu Treball de Recerca. A continuació es presenten els resultats obtinguts en l'aplicació pràctica del protocol per generar un nou SSD, per una planta depuradora diferent, partint del prototipus. L'aplicació pràctica del protocol permet l'evolució del mateix cap a un millor pla d'exportació. Finalment, es pot concloure que el nou protocol redueix el temps necessari per realitzar el procés d'exportació, tot i que el nombre de passos necessaris ha augmentat, la qual cosa significa que el nou protocol és més sistemàtic.

SBR technology for wastewater treatment: suitable operational conditions for a nutrient removal

Actualment, la legislació ambiental ha esdevingut més restrictiva pel que fa a la descàrrega d'aigües residuals amb nutrients, especialment en les anomenades àrees sensibles o zones vulnerables. Arran d'aquest fet, s'ha estimulat el coneixement, desenvolupament i millora dels processos d'eliminació de nutrients. El Reactor Discontinu Seqüencial (RDS) o Sequencing Batch Reactor (SBR) en anglès, és un sistema de tractament de fangs actius que opera mitjançant un procediment d'omplerta-buidat. En aquest tipus de reactors, l'aigua residual és addicionada en un sol reactor que treballa per càrregues repetint un cicle (seqüència) al llarg del temps. Una de les característiques dels SBR és que totes les diferents operacions (omplerta, reacció, sedimentació i buidat) es donen en un mateix reactor. La tecnologia SBR no és nova d'ara. El fet, és que va aparèixer abans que els sistema de tractament continu de fangs actius. El precursor dels SBR va ser un sistema d'omplerta-buidat que operava en discontinu. Entre els anys 1914 i 1920, varen sorgir certes dificultats moltes d'elles a nivell d'operació (vàlvules, canvis el cabal d'un reactor a un altre, elevat temps d'atenció per l'operari...) per aquests reactors. Però no va ser fins a finals de la dècada dels '50 principis del '60, amb el desenvolupament de nous equipaments i noves tecnologies, quan va tornar a ressorgir l'interès pels SBRs. Importants millores en el camp del subministrament d'aire (vàlvules motoritzades o d'acció pneumàtica) i en el de control (sondes de nivell, mesuradors de cabal, temporitzadors automàtics, microprocessadors) han permès que avui en dia els SBRs competeixin amb els sistemes convencional de fangs actius. L'objectiu de la present tesi és la identificació de les condicions d'operació adequades per un cicle segons el tipus d'aigua residual a l'entrada, les necessitats del tractament i la qualitat desitjada de la sortida utilitzant la tecnologia SBR. Aquestes tres característiques, l'aigua a tractar, les necessitats del tractament i la qualitat final desitjada determinen en gran mesura el tractament a realitzar. Així doncs, per tal d'adequar el tractament a cada tipus d'aigua residual i les seves necessitats, han estat estudiats diferents estratègies d'alimentació. El seguiment del procés es realitza mitjançant mesures on-line de pH, OD i RedOx, els canvis de les quals donen informació sobre l'estat del procés. Alhora un altre paràmetre que es pot calcular a partir de l'oxigen dissolt és la OUR que és una dada complementària als paràmetres esmentats. S'han avaluat les condicions d'operació per eliminar nitrogen d'una aigua residual sintètica utilitzant una estratègia d'alimentació esglaonada, a través de l'estudi de l'efecte del nombre d'alimentacions, la definició de la llargada i el número de fases per cicle, i la identificació dels punts crítics seguint les sondes de pH, OD i RedOx. S'ha aplicat l'estratègia d'alimentació esglaonada a dues aigües residuals diferents: una procedent d'una indústria tèxtil i l'altra, dels lixiviats d'un abocador. En ambdues aigües residuals es va estudiar l'eficiència del procés a partir de les condicions d'operació i de la velocitat del consum d'oxigen. Mentre que en l'aigua residual tèxtil el principal objectiu era eliminar matèria orgànica, en l'aigua procedent dels lixiviats d'abocador era eliminar matèria orgànica i nitrogen. S'han avaluat les condicions d'operació per eliminar nitrogen i fòsfor d'una aigua residual urbana utilitzant una estratègia d'alimentació esglaonada, a través de la definició del número i la llargada de les fases per cicle, i la identificació dels punts crítics seguint les sondes de pH, OD i RedOx. S'ha analitzat la influència del pH i la font de carboni per tal d'eliminar fòsfor d'una aigua sintètica a partir de l'estudi de l'increment de pH a dos reactors amb diferents fonts de carboni i l'estudi de l'efecte de canviar la font de carboni. Tal i com es pot veure al llarg de la tesi, on s'han tractat diferents aigües residuals per a diferents necessitats, un dels avantatges més importants d'un SBR és la seva flexibilitat.

Controle sanitário e ambiental de um projeto de reúso em um complexo de prédios corporativos

The study that resulted in this dissertation was developed at OU RNCE PETROBRAS, in Natal, which implemented a project of rational use and reuse of water, including use of wastewater from a Sewage Treatment Plant (STP) already in place, diluted with water from own wells for irrigation of green area of the building complex corporate enterprise. Establish a methodology that can serve as guidelines for future projects controlled reuse of water like this was the objective of this research. Been proposed, implemented and evaluated three instruments of sanitary and environmental control: 1) adaptation of sewage treatment plant and quality control of the treated effluent 2) analysis of soil-nutrient interaction in the irrigated area, 3) knowledge of the local hydrogeology, especially with regard to the direction of flow of the aquifer and location of collection wells of Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte (CAERN) situated in the surroundings. These instruments have proven sufficient and appropriate to ensure the levels of sanitary and environmental control proposed and studied, which were: a) control of water quality off the STP and the output of the irrigation reservoir, b) control of water quality sub surface soil and assessment of progress on soil composition, c) assessment of water quality in the aquifer. For this, we must: 1) establishing the monitoring plan of the STP and its effluent quality sampling points and defining the parameters of analysis, improve the functioning of that identifying the adequacy of flow and screening as the main factors of operational control, and increase the efficiency of the station to a relatively low cost, using additional filters, 2) propose, implement and adapt simple collectors to assess the quality of water percolating into the soil of the irrigated area, 3) determine the direction of groundwater flow in the area study and select the wells for monitoring of the aquifer.

Avaliação (em escala laboratorial) da aplicação do processo eletrolítico em efluente de lagoa de estabilização de esgoto urbano

Physico-chemical and microbiological parameters were evaluated before and after applying an electrolytic process to effluents of a stabilization lagoon, in the presence or absence of salt. Chlorine generation and bactericidal properties of the treatments were studied following two experiments. Effluent pH increased with electrolysis time. In the absence of salt, 20 min electrolysis resulted in a COD (Chemical Oxygen Demand) reduction of 44%, along with ca. 99.9% (3 log10 cfu/mL) reduction in total coliforms, heterotrophic bacteria and Escherichia coli. These results indicated that the electrolytic process is a promising complementary technology to improve effluent quality for stabilization lagoons.

Efficiency of bioaugmentation in the removal of organic matter in aquaculture systems

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Tratamento de águas residuárias de suinocultura em reatores anaeróbios horizontais seguidos de reator aeróbio em batelada sequencial

Avaliou-se o desempenho de um sistema combinado anaeróbio-aeróbio para o tratamento de águas residuárias de suinocultura, com concentrações médias de sólidos suspensos totais (SST) de 18.624 e 11.395 mg L-1. Foram utilizados quatro reatores anaeróbios horizontais com volume total de 49,5 L cada, um com manta de lodo (RAHML) e três de leito fixo (RAHLF), instalados em série e seguidos de um reator aeróbio operado em batelada sequencial (RBS) com volume total de 339 L e com alimentação contínua. Nos RAHLF, foram utilizados como meios suporte de anéis de bambu, anéis plásticos de eletroduto corrugado e anéis de bucha (Luffa cillyndrica), respectivamente. Os tempos de detenção hidráulica (TDH) e as cargas orgânicas volumétricas (COV) aplicadas no RAHML foram de 12 e 10 h e 53 e 61 g DQO (L d)-1, respectivamente. O RBS foi operado com ciclo de 24 h e COV de 0,34 e 0,50 g DQO (L d)-1. As eficiências médias de remoção de DQOtotal e SST para o conjunto de reatores anaeróbios horizontais, em série, foram de 96 e 99%, e de 96 e 95%, respectivamente. As maiores produções volumétricas de metano ocorreram nos RAHLF, com valores médios de até 0,744 m³ CH4 (m³ reator d)-1. A inclusão do RBS permitiu melhorar a qualidade do efluente e a estabilidade do sistema de tratamento, atingindo eficiências de remoção de DQOtotal e SST de 99 e 99%, e de 98 e 99%, respectivamente. No RBS, ocorreu nitrificação e desnitrificação, com remoções de N-amoniacal de até 65%.

Coagulation-flocculation of anaerobically treated sugarcane stillage

Anaerobic digestion applied to stillage usually results in treatment performances. However, effluents from anaerobic reactors still present a residual polluting load due to the presence of organic recalcitrant compounds. Additional treatment methods, such as coagulation-flocculation, may be utilized to improve the final effluent quality. In this study, we assessed the processes of coagulation and flocculation for sugarcane stillage samples previously submitted to anaerobic digestion, aiming to obtain optimal conditions for the physicochemical treatment. Natural corn starch and ferric chloride were tested as coagulants. While starch was considered as not suitable for the treatment for the tested conditions, ferric chloride assays presented satisfactory results. The investigated parameters included coagulant solution dose, rapid mixing gradient and time, flocculation gradient and time, and sedimentation time. Their adjusted values at which better performances obtained were, respectively, 1.6 g L-1, 325 rpm, 10 s, 65 rpm, 20 and 20 min. The best color, turbidity, and chemical oxygen demand removal efficiencies were 95, 97, and 65%, respectively. Stillage pH variation to alkaline conditions did not result in improved removal efficiencies. Although relatively high removal efficiencies of constituents were obtained, the final effluent characteristics did not fit regulations of water reuse in the agriculture through fertigation. However, stillage can definitely become more easily managed if better final effluent quality control parameters are achieved, enabling for example effluents discharge in water bodies. © 2013 Copyright Balaban Desalination Publications.

Caracterização da qualidade de efluente e a possível utilização do resíduo como fonte energética

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Avaliação do desenvolvimento e a eficiência do capim vetiver (chrysopogon zizanioides) em sistemas híbridos de alagados construídos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da adsorção do corante reativo blue 19 por lama vermelha ativada por tratamento químico e térmico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Performance evaluation of multi-stage filtration with use of granular activated carbon and synthetic non-woven fabrics

The multi stage filtration (MSF) is an alternative that permits to enlarge the spectrum of application of the slow sand filtration as for the effluent quality and run duration. In this research the use of MSF technology associated to a granular activated carbon (GAC) column as polishing mechanism of the final effluent was evaluated; in the slow sand filters GAC was used as an intermediate layer and non-woven synthetic fabrics were utilized as a first layer of the filter media. Five different tests were conducted, where the systems subjected to the treatment were: water from the Ipe Lake (Ilha Solteira, Sao Paulo, Brazil); water from the lake with water from a recreational fish pond; water from the lake with a phytoplankton and cyanobacteria overload simulation, with and without the use of the pre-filters as a stage of the treatment. The synthetic fabrics and GAC use resulted in the best turbidity removal and an efficient apparent and true color removal; in spite that the polishing columns reported similar results for those parameters. The utilization of GAC as an intermediate layer contributed to a better organic matter removal and the fabrics improved chlorophyll-a removal. The pre-filtration columns made an efficient algae and cyanobacteria removal, a function that was completed by the filters and reached >98% efficiency. The synthetic non-woven fabrics and GAC inclusion in MSF operation improved performance of this technology with ease of application and operation.

Ozonizaçãoe peroxização de efluente sanitário proveniente de alagados construídos e reator compartimentado anaeróbio/aeróbio visando reuso

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Tratamento anaeróbio-aeróbio de águas residuárias do processamento de cafeeiro em reatores biológicos

Pós-graduação em Microbiologia Agropecuária - FCAV

Disposição de resíduos gerados em estações de tratamento de água em estações de tratamento de esgoto

O presente trabalho foi realizado em duas fases. Na primeira, foram estimados os efeitos produzidos nos decantadores primários de uma ETE, após receber resíduo da ETA-SC, que utiliza sulfato de alumínio como coagulante. Foram realizados ensaios em colunas de sedimentação, onde os parâmetros SST, SSV, cor, turbidez, DQO, coliformes totais, Escherichia coli e parasitas, pesquisados no sobrenadante, diminuíram com o aumento da quantidade de resíduo adicionado. Com relação aos sedimentos obtidos nas colunas de sedimentação, foi encontrada maior quantidade de ST e menor resistência específica nos lodos provenientes das colunas que receberam os resíduos da ETA-SC. No teste de atividade metanogênica, a concentração molar de metano foi reduzida nos sistemas que receberam resíduo da ETA-SC, influenciando negativamente no desenvolvimento dos microrganismos metanogênicas. As espécies de microrganismos do gênero Methanothrix sp foram inibidas, sendo encontradas em maior número no frasco-reator controle e em menor quantidade a medida que se aumentou a quantidade do resíduo adicionado. Nesta etapa foi constatado que o resíduo da ETA-SC poderá apresentar interferências negativas sobre a digestão anaeróbia do lodo produzido em decantadores primários de uma ETE. Na segunda fase, na estação piloto, composta de lagoa de aeração seguida de lagoa de sedimentação, que recebeu resíduo da ETA-Fonte, que utiliza cloreto férrico como coagulante, foi verificado que tal resíduo melhorou a qualidade do efluente em termos de DQO, DBO, SST, turbidez, cor, amônio, nitrato, NTK e fosfato total. Os parâmetros ST, SDT, cloreto, nitrito, condutividade e pH não apresentaram diferenças significativas. Em relação ao exame microscópico não houve influências negativas no licor misto das lagoas de aeração. O lodo formado nas lagoas de sedimentação piloto apresentou-se em maior quantidade na lagoa que recebeu resíduo da ETA-Fonte. Neste lodo a resistência específica a filtração foi menor em comparação ao lodo da lagoa que não recebeu resíduo da ETA-Fonte. A desidratação deste lodo por centrifugação necessitou menor quantidade de polieletrólito. Baseado neste estudo não foi verificado interferências que possa impedir o lançamento do resíduo da ETA-Fonte na ETE-Araraquara.