Behavior of an anaerobic-aerobic reactor in cattle slaughterhouse wastewater treatment

Neste trabalho foram avaliadas as condiÃÃes operacionais, a eficiÃncia de remoÃÃo de matÃria orgÃnica, nitrogÃnio e fÃsforo e o comportamento hidrodinÃmico de um reator anaerÃbio aerÃbio de leito fixo (RAALF) e fluxo ascendente, vertical, operado de modo contÃnuo, em escala de bancada, preenchido com argila expandida e matrizes cÃbicas de espuma de poliuretano como meio suporte para imobilizaÃÃo da biomassa, no tratamento de efluente bruto proveniente de um matadouro bovino. Foram testadas trÃs condiÃÃes operacionais distintas, sendo a Etapa I caracterizada pela operaÃÃo do RAALF em condiÃÃo anaerÃbia, a Etapa II em condiÃÃo combinada (anaerÃbia-aerÃbia) e a Etapa III em condiÃÃo combinada com recirculaÃÃo. Em cada etapa operacional foram testados trÃs tempos de detenÃÃo hidrÃulicos diferentes (14, 11 e 8 h). O comportamento hidrodinÃmico foi avaliado utilizando ensaios de estÃmulo-resposta, tipo pulso, com o uso de Eosina Y como traÃador para obtenÃÃo das curvas de distribuiÃÃo do tempo de residÃncia (DTR). Os resultados da avaliaÃÃo do RAALF na Etapa I, sob condiÃÃo anaerÃbia, indicaram que as condiÃÃes operacionais garantiram o processo de digestÃo anaerÃbia, com a manutenÃÃo do pH e tamponamento do sistema, promovendo um equilÃbrio bioquÃmico entre microrganismos acidogÃnicos/acetogÃnicos e arqueas metanogÃnicas. Nesta etapa operacional, o TDH de 11 h apresentou melhores rendimentos, com eficiÃncia de remoÃÃo de DQO bruta, DQO filtrada, ST, SST e N-amon de 59, 60, 56, 76 e 16%, respectivamente. Na Etapa II, o TDH de 14 horas apresentou melhores resultados em termos de eficiÃncia de remoÃÃo de matÃria orgÃnica e sÃlidos, com valores de 58, 66, 66 e 84% para DQO bruta, DQO filtrada, ST e SST, respectivamente. A eficiÃncia global de remoÃÃo de nitrogÃnio alcanÃada neste estudo foi de 0, 17 e 7% na Etapa I, 37, 22 e 22% na Etapa II, para o TDH de 14, 11 e 8 h, respectivamente, e de 50 e 29% para o TDH de 11 e 8 h na Etapa III; portanto, verifica-se evoluÃÃo da eficiÃncia global na remoÃÃo de nitrogÃnio das Etapas II e III se comparada à Etapa I, decorrente do processo de nitrificaÃÃo e desnitrificaÃÃo parcial. A desnitrificaÃÃo foi comprometida por fatores como temperatura do lÃquido, pH e relaÃÃo DQO/N-NO3-. As eficiÃncias de remoÃÃo de fÃsforo total foram de 0, 0 e 15% na Etapa I e de 46, 0 e 0% na Etapa II para os TDHs de 14, 11 e 8 h, respectivamente, e de 10 e 0% de remoÃÃo para o THD de 11 e 8 h, respectivamente, na Etapa III. O teste ANOVA e o teste Tukey indicaram que as etapas operacionais I, II e III foram estatisticamente diferentes entre si, para todos os parÃmetros fÃsico-quÃmicos avaliados, com exceÃÃo do fÃsforo, podendo-se afirmar que a eficiÃncia de remoÃÃo de matÃria orgÃnica e nitrogenada foi afetada pela condiÃÃo operacional. O estudo hidrodinÃmico realizado no RAALF indicou comportamento tendendo ao de mistura completa e foram constatados desvios de idealidade, como zonas mortas, recirculaÃÃes e efeito de cauda longa. Os graus de dispersÃo foram possivelmente influenciados pela inserÃÃo da fase aerÃbia, que promoveu uma melhor mistura do lÃquido no interior do reator. O RAALF apresentou comportamento cinÃtico similar nas etapas operacionais I, II e III, representado pelo modelo de primeira ordem, com aumento dos parÃmetros k e vr ao longo da altura da fase anaerÃbia, e diminuiÃÃo da constante cinÃtica e da velocidade de degradaÃÃo na fase aerÃbiaIn this study, it was evaluated the operational conditions, the organic matter, nitrogen and phosphorus removal efficiency and the hydrodynamic behavior of a continuously up-flow combined anaerobic-aerobic fixed bed reactor (RAALF), operated in bench-scale, filled with expanded clay and polyurethane foam cubic arrays as means of biomass immobilization support, in the treatment of raw effluent from a cattle slaughterhouse. Three different operational conditions were tested: Step I, characterized by the operation of RAALF in anaerobic condition; Step II, in combined condition (anaerobic-aerobic), and Step III, in combined condition with recirculation. In each operational step three different hydraulic retention times (14, 11 and 8 h) were tested. The hydrodynamics assays were determined using stimulus-response type pulse, with Eosina Y as a tracer to obtain the curves of residence time distribution (RTD). The results from the RAALF in the Step I, under anaerobic condition, indicated that operational conditions ensured the process of anaerobic digestion, with keeping of the pH and the RAALFâs buffering, promoting a biochemical balance between acidogenic/acetogenic and methanogenic archaea. In this operational step, the HRT of 11 h showed better result, with removal efficiency of raw COD, filtered COD, TS, TSS and N-amon of 59, 60, 56, 76 and 16%, respectively. In Step II, the HRT of 14 h showed better results in terms of organic matter and solids removal efficiency, with 58, 66, 66 and 84% for raw COD, filtered COD, TS and TSS, respectively. The overall efficiency of nitrogen removal achieved in this study was 0, 17 and 7% at Step I; 37, 22 and 22% in Step II for the HRT 14, 11 and 8 h, respectively, and 50 and 29% for the HDT of 11 and 8 h in Step III. Therefore, there was an evolution in the overall nitrogen removal efficiency in Steps II and III when compared to Step I, due to the partial nitrification and denitrification. Denitrification has been compromised by factors such as liquid temperature, pH, and DQO/N-NO3- ratio. The efficiency of phosphorus removal was 0, 0 and 15% in Step I and 46, 0 and 0% in Step II for HRT 14, 11 and 8 h, respectively, and 10 and 0 % removal HRT to 11 and 8 h, respectively, in Step III. The ANOVA and Tukey tests indicated that the operational stages I, II and III were statistically different for all physical-chemical parameters evaluated, except for phosphorus, for which it can be stated that the efficiency of organic matter and nitrogen removal was affected by the operating condition. The hydrodynamic study conducted at RAALF indicated behavior tending to a complete mixing and deviations from ideality were found, such as dead zones, recirculation and long tail effect. The dispersion degrees were probably influenced by insertion of the aerobic phase, which improved the liquid mixture inside the reactor. The RAALF presented similar kinetic behavior in the operational steps I, II and III, represented by the first order model, with increase of k and vr parameters along the height of the anaerobic phase and decrease of the kinetic constant and degradation rate in the aerobic phas