Avaliação da auto-suficiência energética de reatores anaeróbios no tratamento de esgoto sanitário e água cinza

The anaerobic treatment of sewage is widely employed in Brazil and it is an appreciated way for the treatment of effluents, helping to reduce the environmental impact in rivers. The methane gas obtained from the process can be applied to improve the energetic efficiency of the system, reducing the amount of waste and the cost of the treatment process. This work presents the net energy balance of anaerobic reactors applied to the treatment of sewage. The analysis was performed considering full-scale and laboratory-scale treatment systems. In laboratory scale, the results from three kinds of systems were compared regarding the biological treatment of greywater. Two of them (UASB7 and UASB12) were anaerobic and the other one was a combined anaerobic-aerobic system (UASB7/SBR6). Greywater methanization (compared to theoretical maximum) was calculated considering 100% removal (g BOD/day), the literature percentage removal and the anionic surfactant presence in the effluentt. For each of these three cases, the efficiencies were, respectively, 16.9%, 43.6% and 51.3% in UASB7 reactor, 25.6%, 50.3% and 59.2% in UASB12 reactor and 30.6%, 61.2% and 71.9% in UASB7/SBR6 reactor. The energetic potential was found to be 4.66x10-4, 7.77x10-4 and 5.12x10-4 kWh/L for the UASB7, UASB12 and UASB7/SBR6 reactors, respectively. The pumping system, the aeration (in the anaerobic-aerobic system) and the temperature controlled heating system were considered to calculate the energetic consumption. However, the third one was not employed since tropical regions like Brazil do not need heating systems and also because of its high energetic consumption. The calculated net energy balance in the reactors was negative in the case of greywater, respectively -0.16, -0.28 and -0.18 kWh/L for the reactors UASB7, UASB12 and UASB7/SRB6. In full scale (ETE Jardim das Flores - Rio Claro, SP), the average energy... (Complete abstract click electronic access below)

COD, TSS, nutrients and coliforms removals in UASB reactors in two stages treating swine wastewater

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Tratamento de águas residuárias de suinocultura em reatores anaeróbios horizontais de alta taxa seguidos de filtro biológico percolador

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação da eficiência do reator UASB compartimentado (RUC) tratando esgoto sanitário de Ilha Solteira com diferentes carregamentos orgânicos

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

Influência da configuração da célula combustível microbiana na geração de energia elétrica a partir da degradação de compostos orgânicos

Nessa pesquisa foram testadas tanto CCM com membranas e sem membranas que tinham por característica reproduzir sistemas de tratamento de esgoto sanitário. A etapa experimental desse trabalho foi dividida entre o Brasil (ensaios com CCM sem a MTP e utilizando esgoto sanitário) e Portugal (ensaios com CCM tradicionais de uma e duas câmaras, utilizando água residuária sintética e a bactéria Lactobacillus pentosus). A execução em dois locais diferentes resultou em um maior aprofundamento e desenvolvimento da pesquisa. As CCM foram avaliadas principalmente quanto ao potencial elétrico e eficiência da degradação de compostos orgânicos (esgoto sanitário e água residuária sintética). Para os dados obtidos no Brasil, as três configurações apresentaram maior diferença na potência em função do modo de operação. A operação intermitente apresentou a maior potência (11 mW/m2) para a CCM cilíndrica de fluxo ascendente, enquanto que operação continua a maior potência (4,2 mW/m2) foi obtida para a CCM retangular de fluxo horizontal, a qual também apresentava uma maior facilidade na manutenção quanto aos eletrodos (adição/remoção). A CCM cúbica de fluxo ascendente devido a sua concepção simples demandava um sistema complementar para o aumento da remoção de DQO. Apesar da baixa potência mensurada para os ensaios realizados no Brasil há de se pontuar que os mesmos foram obtidos para reatores sem membranas e utilizando o esgoto sanitário, o qual apresentou grande sazonalidade. Para a etapa realizada em Portugal, foi possível realizar quinze diferentes ensaios e mais um ensaio específico de crescimento. A maior potência (10,37 mW/m2) foi obtida para CCM de câmara dupla operada de modo contínuo para um tempo de detenção hidráulico (TDH) de 20 horas. A maior potência obtida para a CCM de câmara única foi de 5,53 mW/m2 quando houve a adição do extrato de levedura (função teórica de mediador). A potência da CCM, na maioria das vezes, esteve relacionada à proporção de sólidos voláteis e totais, SV/ST, quantidade de bactérias, pH, características de operação e por fim a configuração da CCM. O ensaio de crescimento revelou a correlação da potência em função da quantidade de bactérias inseridas da massa do biofilme (SV) e mostra-se como uma ferramenta na avaliação da potência das CCM.

Tecnologia eletroquímica como tratamento alternativo de efluentes derivados da indústria têxtil e petroquímica

In this work, the treatment of wastewater from the textile industry, containing dyes as Yellow Novacron (YN), Red Remazol BR (RRB) and Blue Novacron CD (NB), and also, the treatment of wastewater from petrochemical industry (produced water) were investigated by anodic oxidation (OA) with platinum anodes supported on titanium (Ti/Pt) and boron-doped diamond (DDB). Definitely, one of the main parameters of this kind of treatment is the type of electrocatalytic material used, since the mechanisms and products of some anodic reactions depend on it. The OA of synthetic effluents containing with RRB, NB and YN were investigated in order to find the best conditions for the removal of color and organic content of the dye. According to the experimental results, the process of OA is suitable for decolorization of wastewaters containing these textile dyes due to electrocatalytic properties of DDB and Pt anodes. Removal of the organic load was more efficient at DDB, in all cases; where the dyes were degraded to aliphatic carboxylic acids at the end of the electrolysis. Energy requirements for the removal of color during OA of solutions of RRB, NB and YN depends mainly on the operating conditions, for example, RRB passes of 3.30 kWh m-3 at 20 mA cm-2 for 4.28 kWh m-3 at 60 mA cm-2 (pH = 1); 15.23 kWh m-3 at 20 mA cm-2 to 24.75 kWh m-3 at 60 mA cm-2 (pH 4.5); 10.80 kWh m-3 at 20 mA cm-2 to 31.5 kWh m-3 at 60 mA cm-2 (pH = 8) (estimated data for volume of treated effluent). On the other hand, in the study of OA of produced water effluent generated by petrochemical industry, galvanostatic electrolysis using DDB led to the complete removal of COD (98%), due to large amounts of hydroxyl radicals and peroxodisulphates generated from the oxidation of water and sulfates in solution, respectively. Thus, the rate of COD removal increases with increasing applied current density (15-60 mAcm-2 ). Moreover, at Pt electrode, approximately 50% removal of the organic load was achieved by applying from 15 to 30 mAcm-2 while 80% of COD removal was achieved for 60 mAcm-2 . Thus, the results obtained in the application of this technology were satisfactory depending on the electrocatalytic materials and operating conditions used for removal of organic load (petrochemical and textile effluents) as well as for the removal of color (in the case of textile effluents). Therefore, the applicability of electrochemical treatment can be considered as a new alternative like pretreatment or treatment of effluents derived from textiles and petrochemical industries.

Estudo do tratamento sequencial (adsorção e eletro-oxidação) para remediação de efluente sintético contaminado com BTX

This paper proposed the study of the treatment of a synthetic wastewater contaminated with BTX by electro-oxidation batch with the anode of Ti/PbO2, and the adsorption of BTX using expanded perlite as adsorbent material, and to evaluate the best operating conditions both methods in order to perform a sequential treatment (adsorption and electro-oxidation) and achieve greater efficiency in the removal of the compounds. The operating conditions were measured: temperature, current density and applied amount of the adsorbent material, by UV-VIS analysis and Demand Chemical oxygen demand (COD). According to the experimental results, the electro-oxidative treatment was efficient in the degradation of the compounds BTX (benzene, toluene and xylenes) in synthetic sewage due to the electrochemical properties of the anode of Ti/PbO2. The applied current density and temperature promoted increased efficiency of COD removal, reaching obtain percentages greater than 70%. In the adsorption process, the temperature increase was not a factor in the removal of organic matter, while the increase in the amount of adsorbent material led to an increase in the percentage removal, obtaining 66.30% using 2 g of adsorbent. The selected operating conditions of both treatments performed separately take into account the removal efficiency of organic matter, and the low energy consumption and operating costs, so the sequential treatment were satisfactory reaching 87.26% of COD removal using adsorption as a pretreatment. Quantification of BTX through the analysis of gas chromatography at the end of the treatments also confirmed the removal efficiency of organic compounds, giving outstanding advantages to sequential treatment.

Estudo de métodos de tratamento de efluentes (troca iônica e eletroquímico) separados e sequenciais para eliminação de derivados de petróleo

The produce of waste and the amount of the water produced coming from activities of petroleum production and extraction has been a biggest challenge for oil companies with respect to environmental compliance due to toxicity. The discard or the reuse this effluent containing organic compounds as BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene and xylene) can cause serious environmental and human health problems. Thus, the objective this paper was study the performance of two process (separately and sequential) in one synthetic effluent for the benzene, toluene and xylene removal (volatile hydrocarbons presents in the produced water) through of electrochemical treatment using Ti/Pt electrode and exchange resin ionic used in the adsorption process. The synthetic solution of BTX was prepared with concentration of 22,8 mg L-1, 9,7 mg L-1 e 9,0 mg L-1, respectively, in Na2SO4 0,1 mol L-1. The experiments was developed in batch with 0.3 L of solution at 25ºC. The electrochemical oxidation process was accomplished with a Ti/Pt electrode with different current density (J = 10, 20 e 30 mA.cm-2). In the adsorption process, we used an ionic exchange resin (Purolite MB 478), using different amounts of mass (2,5, 5 and 10 g). To verify the process of technics in the sequential treatment, was fixed the current density at 10 mA cm-2 and the resin weight was 2.5 g. Analysis of UV-VIS spectrophotometry, chemical oxygen demand (COD) and gas chromatography with selective photoionization detector (PID) and flame ionization (FID), confirmed the high efficiency in the removal of organic compounds after treatment. It was found that the electrochemical process (separate and sequential) is more efficient than absorption, reaching values of COD removal exceeding 70%, confirmed by the study of the cyclic voltammetry and polarization curves. While the adsorption (separately), the COD removal did not exceed 25,8%, due to interactions resin. However, the sequential process (electrochemical oxidation and adsorption) proved to be a suitable alternative, efficient and cost-effectiveness for the treatment of effluents petrochemical.

Valoração do efluente da indústria processadora de pescado por incorporação de nutrientes em aphanothece microscopica nägeli

Nesta tese procurou-se demonstrar a valoração do efluente do processamento de pescado por incorporação dos nutrientes em Aphanothece microscopica Nägeli a diferentes temperaturas. Para tanto o trabalho é composto de cinco artigos que objetivaram avaliar sob o ponto de vista do tratamento do efluente pela cianobactéria Aphanothece e a separação e avaliação da biomassa gerada. O primeiro artigo intitula-se “Influência da temperatura na remoção de nutrientes do efluente da indústria de pescado por Aphanothece microscopica Nägeli”, e teve por objetivo avaliar a influência da temperatura (10, 20 e 30ºC) em um sistema de tratamento pela cianobactéria Aphanothece na remoção de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo do efluente oriundo do processamento de pescado. A análise dos resultados mostrou que a temperatura influenciou significativamente na remoção de DQO, NTK, N-NH4 + e P-PO4 -3 . Para os experimentos a 20 e 30ºC todos os limites estabelecidos para os parâmetros avaliados foram atingidos. O segundo artigo intitulado “Efeito de coagulantes no efluente da indústria da pesca visando à separação de biomassa quando tratado por cianobactéria” avaliou o efeito da concentração e pH de dois tipos de coagulantes, cloreto férrico (FeCl3) e sulfato de alumínio (Al2(SO4)3), na separação da biomassa da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli cultivada em efluente da indústria da pesca, assim como a remoção de matéria orgânica e nutrientes do efluente. Os resultados indicaram que o coagulante FeCl3 foi mais eficaz na remoção de todos os parâmetros testados. No que concerne à separação da biomassa, com um número de seis lavagens foi removido cerca de 97,6% da concentração de FeCl3 adicionado inicialmente. O terceiro artigo com o título “Caracterização da biomassa de Aphanothece microscopica Nägeli gerada no efluente da indústria da pesca em diferentes temperaturas de cultivo” avaliou a composição química da biomassa da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli quando desenvolvida em meio de cultivo padrão BG11 e no efluente do processamento de pescado. O quarto artigo teve como título “Influência do meio de cultivo e temperatura em compostos nitrogenados na cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli” objetivou avaliar o teor de compostos nitrogenados presentes na biomassa da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli quando cultivada em meio padrão e no efluente da indústria da pesca nas diferentes fases de crescimento. Para o estudo da composição química e nitrogenados no efluente foram realizados experimentos nas temperaturas de 10, 20 e 30ºC. As concentrações de proteína, cinzas e pigmentos aumentaram com o aumento da temperatura. Por outro lado, foi observada uma redução do teor de lipídios e carboidratos com o aumento da temperatura. O íon amônio juntamente com os ácidos nucléicos representa uma importante fração do nitrogênio não protéico presente na biomassa da cianobactéria Aphanothece. Ficou demonstrada a influência do meio de cultivo na concentração de nitrogênio, bem como a determinação de proteína pelo método de Kjeldahl superestima a concentração protéica em cianobactérias. O quinto artigo intitulado “Produção de proteína unicelular a partir do efluente do processamento do pescado: modelagem preditiva e simulação” avaliou a produção de proteína unicelular através do cultivo da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli no efluente da indústria da pesca. Os dados cinéticos de crescimento celular foram ajustados a quatro modelos matemáticos (Logístico, Gompertz, Gompertz Modificado e Baranyi). Os resultados demonstraram que o modelo Logístico foi considerado o mais adequado para descrever a formação de biomassa. A análise preditiva mostrou a possibilidade da obtenção de 1,66, 18,96 e 57,36 kg.m-3.d-1 de biomassa por volume do reator em 1000 h de processo contínuo, para as temperaturas de 10, 20 e 30ºC, respectivamente.

Produção de carboidratos a partir do efluente de laticínios tratado por cianobactéria

Nesta tese foi demonstrado o potencial de produção de carboidratos por Aphanothece microscopica Nägeli cultivada no efluente oriundo de uma indústria de laticínios. Para tanto, o trabalho é composto de quatro artigos que objetivaram avaliar a produção de carboidratos em função da temperatura, inóculo e razões C/N e N/P do elfluente, bem como a possibilidade de reúso da água residuária. Foram utilizadas temperaturas de (10, 20 e 30ºC) e inóculo (100, 200 e 300 mg.L-1). A melhor condição indicada foi quando utilizou-se a temperatura de 30°C e 200 mg.L-1 de inóculo. Na sequência, considerando a temperatura e a concentração celular selecionada, foi estudada a influência das razões C/N e N/P na produção de carboidratos. Para tal, C/N (20, 40 e 60) e N/P (5, 10 e 15) na produção de carboidratos extracelulares foram avaliadas em cultivos a 30°C, tendo como inóculo 200 mg.L-1. Os melhores resultados obtidos, foram quando foi utilizado C/N 60 e N/P 10. Uma vez definidas as melhores condições de produção de carboidratos, foi estudado o processo de separação de biomassa do meio de cultivo, a partir dos coagulantes FeCl3, Al2(SO4)3 e tanino. O efeito dos coagulantes na separação da biomassa foram estudados, quanto ao pH (6,0, 7,0 e 8,0) e concentração de coagulantes (50, 300 e 550 mg.L-1), utilizando como parâmetro de medida, a eficiência de remoção de DQO, turbidez e sólidos suspensos (SS). Os resultados demonstraram que as concentrações de coagulantes influenciaram significativamente ao nível de significância de 5 %, na separação da biomassa, com eficiência significativa na remoção da DQO, turbidez e SS. A melhor condição avaliada foi a que utilizou tanino na concentração de 300 mg.L-1 e pH 7,0, o que resultou em uma água residuária com remoção média de 96 % da turbidez, com potencial de ser reutilizada. Por fim, foi realizada a identificação de carboidratos gerados por Aphanothece microscopica Nägeli. Os resultados evidenciaram uma biomassa com até 33,5 % de carboidratos totais, perfazendo uma fração de carboidratos extracelulares, na fase estacionária de crescimento celular, de aproximadamente 25 % e 8 % os carboidratos da parede celular. Ficou demonstrado ainda que a composição dos carboidratos extracelulares do microorganismo em estudo é constituído por mono e dissacarídeos perfazendo concentrações na ordem de 12,88 % de glicose, 3,54 % de rafinose, 3,43 % sacarose, 2,13 % de frutose e 2,45 % de ribose. Ficou demonstrado o potencial de produção de carboidratos por Aphanothece microscopica Nägeli quando cultivada no efluente da indústria de laticínios.

Desenvolvimento de membranas porosas de alumina para fins de tratamento de efluente industrial têxtil

Textile production has been considered as an activity of high environmental impact due to the generation of large volumes of waste water with high load of organic compounds and strongly colored effluents, toxic and difficult biodegradability. This thesis deals with obtaining porous alumina ceramic membranes for filtration of textile effluent in the removal of contaminants, mainly color and turbidity. Two types of alumina with different particle sizes as a basis for the preparation of formulation for mass production of ceramic samples and membranes. The technological properties of the samples were evaluated after using sintering conditions: 1,350ºC-2H, 1,450ºC-30M, 1,450ºC-2H, 1,475ºC-30M and 1,475ºC-2H. The sintered samples were characterized by XRD, XRF, AG, TG, DSC, DL, AA, MEA, RL, MRF-3P, SEM and Intrusion Porosimetry by Mercury. After the characterization, a standard membrane was selected with their respective sintering condition for the filterability tests. The effluent was provided by a local Textile Industry and characterized at the entry and exit of the treatment plant. A statistical analysis was used to study the effluent using the following parameters: pH, temperature, EC, SS, SD, oil and grease, turbidity, COD, DO, total phosphorus, chlorides, phenols, metals and fecal coliform. The filtered effluent was evaluated by using the same parameters. These results demonstrate that the feasibility of the use of porous alumina ceramic membranes for removing contaminants from textile effluent with improved average pore size of 0.4 micrometre (distribution range varying from 0,025 to 2.0 micrometre), with total porosity of 29.66%, and average percentages of color removal efficiency of 89.02%, 92.49% of SS, turbidity of 94.55%, metals 2.70% (manganese) to 71.52% (iron) according to each metal and COD removal of 72.80%

Tratamento das águas do processamento dos frutos do cafeeiro em filtro anaeróbio seguido por sistema alagado construído: I - remoção de matéria orgânica

Seis sistemas de tratamento, compostos por três filtros anaeróbios com escoamento descendente, seguidos por seis Sistemas Alagados Construídos (SACs), tiveram suas condições operacionais avaliadas quando utilizados no tratamento da água residuária do processamento dos frutos do cafeeiro (ARC). Os filtros foram confeccionados em PVC (1,5 m de altura e 0,35 m de diâmetro) e preenchidos com brita nº 2. Os SACs foram constituídos por caixas de madeira (1,5 m de comprimento, 0,4 m de altura e 0,5 m de largura), sendo impermeabilizados e preenchidos com brita "zero". A ARC teve o pH corrigido com cal até valores próximos a 7,0, e a concentração de nutrientes alterada, de forma a se obter uma relação DBO/N/P de 100/5/1. Em metade dos SACs foi plantado o azevém (Lolium multiflorum Lam.), e na outra metade, aveia-preta (Avena strigosa Schreb). Como resultado, observou-se que as espécies vegetais cultivadas nos SACs não influenciaram nas eficiências globais de remoção de poluentes pelos sistemas. Os sistemas que receberam as menores cargas orgânicas apresentaram as maiores eficiências de remoção de matéria orgânica, alcançando 78% para DQO e 70% para DBO. A remoção de SST foi superior a 70% em todos os sistemas avaliados, indicando a viabilidade da aplicação de filtro anaeróbio seguido por SACs no tratamento da ARC.

Aplicação de efluente tratado de suinocultura para diluição de dejeto suíno e remoção de nitrogênio por desnitrificação

Este trabalho avaliou o efeito da diluição do dejeto de suíno com o efluente tratado a 50% (v/v), com vistas a aumentar a desnitrificação via fornecimento de carbono ao processo. Considerando-se a diluição estudada, a concentração média de N-NO3- na mistura foi de 47,9 + 14,5 mg L-1, e a DQO da mistura, na faixa de 17.543 + 675 mg L-1, resultando numa relação DQO/N-NO3- de 366, extremamente favorável à ocorrência da atividade desnitrificante no tanque de homogeneização da mistura. A concentração de N-NO3- foi reduzida biologicamente a 0,5 mg L-1 (cerca de 1% da concentração inicial). O procedimento testado promoveu, ainda, uma melhora na etapa de separação sólido-líquido, empregando coagulantes naturais, onde foi observado um consumo de tanino inferior ao esperado.

Estudo cinético da remoção de matéria orgânica de águas residuárias da suinocultura em sistemas alagados construídos cultivados com diferentes espécies de vegetais

Com a realização deste estudo, teve-se o objetivo de obter valores dos coeficientes de remoção da matéria orgânica de águas residuárias da suinocultura (ARS), quando em tratamento em sistemas alagados, construídos (SACs) e cultivados com diferentes espécies vegetais e em condições climáticas tropicais. Em tanques de 24,0 x 1,1 x 0,7 m, impermeabilizados com lona de PVC e preenchidos com uma camada de 0,4 m de brita zero (altura útil), foram plantados taboa (SAC1), tripa-de-sapo (SAC2) e capim-tifton 85 (SAC3). No SAC4 (multivegetado), foi plantado, no primeiro terço, tripa-de-sapo; no segundo terço, taboa, e no último terço, capim-tifton 85. A ARS foi previamente tratada em filtros orgânicos constituídos por bagaço de cana-de-açúcar, sendo aplicada numa vazão de 0,8 m³ d-1, o que correspondeu a um tempo de retenção hidráulica (TRH) aproximado de 6,4 dias. Coletaram-se amostras da água residuária nos pontos 0 (entrada), 4; 8; 12; 16; 20 e 24 m (saída) de cada SAC. Nas amostras coletadas, foram analisadas as concentrações de DQO, sendo os valores utilizados para a obtenção dos parâmetros cinéticos aparentes. Não houve diferença (p>0,05) entre os SACs, na capacidade do sistema em remover DQO; entretanto, a época do ano teve influência na dinâmica da remoção de matéria orgânica nos sistemas. Os valores do coeficiente cinético aparente k v' ficaram entre 0,94 e 1,52 d-1 no cultivo, no período de verão. Já no período de outono/inverno, o coeficiente k v' apresentou valores menores, entre 0,88 e 1,07 d-1.

Eficiência de sistemas alagados construídos na remoção de poluentes de águas residuárias de indústria de laticínios

Objetivou-se avaliar a eficiência de sistemas alagados construídos (SACs), cultivados com dois diferentes capins e cinco taxas de carregamento orgânico (TCOs) na remoção de poluentes de águas residuárias de indústria de laticínios (ARL). Para isso, unidades experimentais foram constituídas por um SAC sem vegetação (SV), cinco SACs cultivados com capim-elefante (SACs-CF) e cinco SACs cultivados com capim-tifton 85 (SACs-CT), com escoamento subsuperficial horizontal. A ARL foi aplicada numa vazão média de 60 L d-1 e tempo de residência hidráulica de 4,8 dias e TCOs de 66; 130; 190; 320 e 570 kg ha-1 d-1 de DBO5. Os SACs mostraram-se eficientes na remoção da DBO, DQO e dos SSTs, STs e NTKs, porém foram pouco eficientes na remoção de P-total, K e Na da ARL. As duas forrageiras avaliadas apresentaram semelhante influência no processo de remoção de DBO5, DQO, ST, SST, P-total, K e Na, quando comparadas com sistemas que operaram com mesma taxa de carregamento orgânico, tendo as remoções de DBO e DQO ficado na faixa de 79 a 96 % e 85 a 97 %, respectivamente. O SAC sem vegetação (SV) apresentou desempenho semelhante ao dos SACs vegetados na remoção de DBO5, DQO, ST, SST e Na, enquanto o cultivado com capim-tifton foi mais eficiente na remoção de NTK.