Influence of ferric chloride addition on aerobic granular sludge formation in sequential batch reactors for wastewater treatment.

A presente pesquisa tem por objetivo principal avaliar a formação do Lodo Granular Aeróbio (LGA) em Reatores de Bateladas Sequenciais (RBS) entre dois reatores iguais de 3 m de altura e 30 cm de diâmetro, em que se adicionou Cloreto Férrico a um deles. Foram analisados de forma comparativa os resultados quanto às características de concentração e índice volumétrico do lodo, bem como a remoção de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo no processo de tratamento. Para este estudo, utilizou-se esgoto produzido no campus da Universidade de São Paulo, de modo a reproduzir as características de esgotos domésticos reais. Para melhor compreensão do método de tratamento, dividiu-se este trabalho em 3 fases, sendo as duas primeiras de cunho exploratório para a escolha da configuração que apresentasse melhores resultados quanto ao desenvolvimento inicial de lodo granular aeróbio. A partir da inoculação de lodo desenvolvido em um RBS, a Fase I completou-se os reatores de modo a fornecer uma razão Alimento/Microrganismo (A/M) de 1,1 g DQO/g SSV.dia e taxa de aeração de 2,55 cm/s, mantendo a OD em saturação. Nesta etapa realizou-se o controle da idade de lodo de 6 dias, após a realização das reduções progressivas nos tempos de sedimentação. Para os 90 dias de análise o efluente se mostrou altamente clarificado, porém o lodo de ambos os reatores era composto por flocos de grandes dimensões, e fração granular imperceptível à olho nu, e apresentou remoção máxima de fósforo foi de 43%. Para a Fase II, explorou-se a adição de uma mistura de lodos ativados e lodos de UASB. Como mudanças significativas, optou-se por trabalhar com uma A/M entre 0,3 e 0,5 g DQO/g SSV.dia. Ao se constatar a existência de partículas com estruturas típicas de lodo granular aeróbio, aplicou-se uma idade de lodo de 10 dias, trazendo rápida melhoria na qualidade do efluente final, porém a remoção máxima de fósforo foi de 70% no tratamento biológico. Para a Fase III manteve-se a condição operacional da fase anterior, com a inoculação de lodo de outro RBS de maior escala, recentemente iniciado. A um dos reatores dosou-se Cloreto Férrico em dois estágios diferentes, com 10 mg FeCL3/L durante 60 dias, e 20 mg FeCL3/L nos últimos 30 dias. O reator em que se adicionou o sal metálico apresentou formação de lodo granular 15 dias após a ativação da vi bomba dosadora. Como resultados, obteve-se sólidos com índice volumétrico de lodo para 5 e 30 minutos mais próximos de 50 mL/g SST, e a razão entre estes em 1,18. Como resultados da última fase, foi obtido no efluente tratado do reator sem a adição do coagulante (R1) 48 mg SST/L, 35 mg DBOT/L, 7 mg DBOS/L, 81 mg DQOT/L, 14 mg DQOS/L, 4,0 mg PT/L e 1,0 mg PS/L, e para o reator sob efeito da dosagem de Cloreto Férrico (R2) 35 mg SST/L, 38 mg DBOT/L, 4 mg DBOS/L, 61 mg DQOT/L, 4 mg DQOS/L, 3,3 mg PT/L e 0,2 mg PS/L. Alcançando uma remoção de P solúvel de 83 e 96%, para R1 e R2 respectivamente.The main objective of this research is to evaluate the formation of Aerobic Granular Sludge (LGA) in Sequential Batch Reactors (RBS) in two equal reactors of 3 m of height and a diameter of 30 cm, in which Ferric Chloride was added to one of them. The results were analyzed comparing the characteristics of concentration and volumetric index of the sludge in the mixed liquor, as well as the removal of organic matter, nitrogen and phosphorus in the treatment process. For this study, the sewage generated on the campus of the University of São Paulo was used to reproduce the characteristics of real domestic sewage. For a better understanding of the treatment method, this research was divided into 3 phases. From the sludge inoculation developed in a RBS, Phase I had its reactors filled to provide a Food/Micro-organism (A/M) ratio of 1.1 g DQO/g SSV.dia and aeration rate of 2.55 cm/s, keeping the OD of saturation. In this stage, the control of the sludge age of 6 days was performed as soon as the reactor reached the minimum time of 11 minutes for the sedimentation step. For the 90 days of analysis the effluent was highly clarified, but the sludge of both reactors was composed exclusively of large flakes and the maximum removal of phosphorus was 43%. For Phase II, the addition of a mixture of activated sludge and UASB sludge was explored. As significant changes, it was decided to work with an A/M between 0.3 and 0.5 g DQO/g SSV.dia. When the existence of particles with granular structures in the sludge mixture was verified, a sludge age of 10 days was applied, bringing rapid improvement in the quality of the final effluent, but the maximum removal of phosphorus was 70% in the biological treatment. For Phase III, the same operational configuration of the previous phase was maintained, with the inoculation of sludge of another RBS of larger scale, recently initiated. Ferric Chloride was dosed at one of the reactors in two different stages with 10 mg FeCl3/L for 60 days and 20 mg FeCl3/L for the last 30 days. The reactor in which the metallic salt was added presented granular sludge formation 15 days after the dosing pump activation. As a result, solids were obtained with a sludge volumetric index for 5 and 30 minutes closer to 50 mL/g SST, and the with ratio of 1.18. As a result of the last phase, it was obtained in the treated effluent of the reactor without the addition of coagulant (R1) 48 mg SST/L, 35 mg DBOT/L, 7 mg DBOS/L, 81 viii mg DQOT/L, 14 mg DQOS/L, 4,0 mg PT/L and 1,0 mg PS/L, and for the Ferric Chloride dosing reactor (R2) 35 mg SST/L, 38 mg DBOT/L, 4 mg DBOS/L, 61 mg DQOT/L, 4 mg DQOS/L, 3.3 mg PT/L and 0.2 mg PS/L. Achieving a soluble P removal of 83 and 96% for R1 and R2 respectively