Anaerobic filter followed submerged aerated biofilter : biomass production, conversion of organic matter and nitrogen

Orientador: Edson Aparecido Abdul NourDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoResumo: Sistemas de tratamento concebidos a promover a diminuição das concentrações: de amônia por meio da nitrificação e de Nitrogênio Total (NT) utilizando desnitrificação, são necessidades cada vez maiores para diminuir os impactos causados nos ecossistemas aquáticos quando do aporte de espécies nitrogenadas. Estudou-se o desempenho de um sistema combinado anaeróbio/aeróbio, tratando esgoto sanitário, do complexo hospitalar, da Unicamp, constituído por filtro anaeróbio (FA) seguido de biofiltro aerado submerso (BAS), empregados para a conversão de matéria orgânica e nitrogênio amoniacal, sem a recirculação de biomassa das unidades. A desnitrificação foi avaliada pelo encaminhamento do efluente formado no BAS para o FA, onde em ambiente redutor os doadores de elétrons utilizados foram os compostos orgânicos de rápida biodegradação presentes no esgoto bruto e os ácidos orgânicos formados no processo anaeróbio. O estudo foi dividido em 3 etapas experimentais: 1ª etapa, avaliou-se a conversão de matéria orgânica em dois regimes hidráulicos (TDH total de 23,2 e 20,9 h); 2ª etapa, buscou-se estabelecer o processo e a biomassa relacionada a nitrificação, em dois regimes hidráulicos (TDH total de 18,6 e 13,9 h); 3° etapa, avaliou-se a possibilidade de desnitrificação em dois regimes hidráulicos diferenciados pela ausência e presença de recirculação do efluente tratado pelo BAS, a razão de 0,5 (ambos com TDH total de 18,6 h) A melhor condição operacional (12,1 h no FA e 6,5 h no BAS), apresentou redução das concentrações de DQO, DBO e SST, respectivamente, de 93 ± 3 %, 99 ± 1 % e 98 ± 2 %, com concentrações médias efluentes de 48 ± 9 mg DQO L-1, 5 ± 1 mg DBO L-1 e 3 ± 2 mg SST L-1 (2° etapa), não havendo diferenças significativas (p>0,05) com o desempenho da 3° etapa. Nesta sem recirculação, com TCN de 0,22 ± 0,02 kg N-NH3 m-3 d-1 e TCO de 0,91± 0,31 kg DQO m-3 d-1, alcançou-se nitrificação no BAS de 0,10 ± 0,05 kg N-NO3- m-3 d-1, relação C/N de 4 ± 1,5 e conversão de NH3 de 54 ± 20 %; na 3° etapa com recirculação, com TCN de 0,34 ± 0,05 kg N-NH3 m-3 d-1 e TCO de 0,81 ± 0,16 kg DQO m-3 d-1, alcançou-se nitrificação no BAS de 0,17 ± 0,02 kg N-NO3- m-3 d-1, C/N de 3,4 ± 0,6, conversão de NH3 de 61 ± 20 % e de NT de 43 ± 10 %. No FA em virtude da recirculação de efluente a uma razão de 0,5 a taxa de carregamento de nitrato aplicada foi de 0,024 ± 0,011 kg N-NO3- m-3 d-1 com 89 ± 3 % de conversão. A recirculação do efluente não interferiu na conversão de matéria orgânica, indicando que a configuração e operação proposta está adequada a atender as expectativas sobre sua robustez e possibilidade de reduzir a concentração de carbono orgânico e compostos de nitrogênio, influenciou positivamente em relação a regulação da relação C/N no BAS, porém a recirculação foi insuficiente para promover a regulação da relação C/N-NOx no FA e possibilitar o aumento da conversão de nitratoAbstract: Treatment systems designed to reduced concentrations ammonia through nitrification and Total Nitrogen (TN) using denitrification, are growing needs to reduce to the impacts on aquatic ecosystems by discharge of nutrients. Evaluated the performance combined anaerobic/aerobic system to treat sewage of the hospital complex, Unicamp, consisting of anaerobic filter (AF) followed by aerated submerged biofilter (ASB) used for the conversion of organic matter and ammonia nitrogen without recirculation of biomass between reactors. Denitrification was evaluated by recirculating part of the effluent formed in the ASB for the AF, in environment reducing where the electron donors used were those organic compounds of rapid biodegradation present in raw sewage and organic acids formed in the anaerobic process. The study was divided into three experimental steps. Step 1, evaluated the conversion of organic matter in two hydraulic regimes (total HRT of 23.2 and 20.9h), step 2, tried to establish the process and biomass related to nitrification in two HRT (18.6 and 13.9h), step 3, evaluated the possibility of denitrification in two HRT distinguished by the absence and presence of recirculation of treated effluent by ASB, ratio of 0.5 (both with HRT of 18.6h) The best operating condition (12.1h in AF and 6.5h in ASB) showed conversion efficiencies of COD, BOD and TSS, respectively, 93 ± 3% 99 ± 1% and 98 ± 2%, with average effluent concentrations of 48 ± 9 mg COD L-1, 5 ± 1 mg L-1 BOD and TSS 3 ± 2 mg L-1 (2nd stage), no differences significant (p>0.05) with the performance of the 3rd step. In this without recirculation, with NLR to 0.22 ± 0.02 kg NH3 m-3 d-1 and OLR 0.91 ± 0.31 kg COD m-3 d-1, was reached in nitrification ASB 0.10 ± 0.05 kg NO3- m-3 d-1, C/N of 1.5 ± 4, and NH3 conversion of 54 ± 20%, while on the 3rd stage with recirculation, with the NLR 0.34 ± 0.05 kg NH3 m-3 d-1 and OLR 0.81 ± 0.16 kg COD m-3 d-1, was reached in ASB nitrification of 0.17 ± 0.02 kg NO3- m-3 d-1, C/N of 3.4 ± 0.6, NH3 conversion of 61% ± 20 and NT 43 ± 10%. In the AF due to the effluent recycle ratio of 0.5 to nitrate loading rate applied was 0.024 ± 0.011 kg NO3- m-3 d-1 with 89 ± 3% conversion. The recirculation did not affect the conversion of organic matter and indicated that the proposed configuration and operation is adequate to meet the expectations of its robustness and ability to reduce the concentration of organic carbon and nitrogen compounds, positively influenced regarding the regulation of C/N ratio in ASB, but this was insufficient to promote the regulation of the C/N-NOx ratio in AF and to increase the conversion of nitrateMestradoSaneamento e AmbienteMestre em Engenharia Civi