Strategies of operation of aerobic/anoxic sequential batch reactors for industrial wastewater nitrogen removal

A pesquisa propôs avaliar o desempenho e o comportamento de reatores seqüenciais em batelada com biomassa suspensa e imobilizada, em escala de bancada, na remoção de compostos de nitrogênio. Tais sistemas foram testados como tratamento complementar de reatores sulfetogênico e metanogênico utilizados no tratamento de água residuária industrial com alta concentração de sulfato e amônia. Visou o desenvolvimento de uma estratégia de operação que viabilizasse o uso dos próprios constituintes da água residuária para a maximização da eficiência do tratamento. O estudo foi dividido em 3 etapas principais. Na etapa 1 (181 dias de operação), o reator com biomassa suspensa foi mantido com 4 fases alternadas aeróbio/anóxico e ciclo de 24 horas, e verificou-se a presença da desnitrificação endógena (eficiência de remoção de nitrogênio de 65 \'+ OU -\' 27%). Para a etapa 2 (127 dias de operação), o reator de biomassa suspensa foi submetido ao tempo de ciclo de 12 horas, com uma fase aeróbia (6 horas) e com posterior fase anóxica (6 horas). Nessa etapa adicionou-se efluentes dos reatores metanogênico e sulfetogênico, ricos em ácidos voláteis (ácido acético), com intuito de acelerar o processo desnitrificante. Os resultados obtidos foram baixos em termos de remoção de nitrogênio (42 \'+ OU -\' 21%). Para a etapa 3 (134 dias de operação), foram ensaiados vários meios suportes, através de técnica de microsensores de oxigênio dissolvido, a fim de verificar a formação de biofilme específico (nitrificante/desnitrificante) e optou-se pelo uso do carvão mineral no reator com biomassa imobilizada. Nesta última etapa, foi mantida a estratégia operacional adotada na etapa 2 (ciclo 12 horas), bem como a adição de parcela do afluente na fase anóxica. A remoção de nitrogênio, com períodos aeróbio e anóxico e ciclo de 12 horas, mostrou-se viável no reator com biomassa imobilizada (eficiência de remoção de nitrogênio de 72 \'+ OU -\' 13%). Ao final dos ensaios experimentais, realizaram-se modelagens cinéticas que permitiram a compreensão dos processos convencionais e não convencionais ocorridos nas várias etapas para remoção de nitrogênio, tais como desnitrificação em fase aeróbia e o processo ANAMMOX.The purpose of this research was to evaluate the performance and the behavior of sequential batch reactors with suspended and immobilized biomass, in benches scale, for the nitrogen composite removal. Such systems had been tested as sulphetogenic and methanogenic reactors complementary treatment, used in an industrial waste water treatment with high sulphate and ammonia concentrations. The research aimed for the development of an operation strategy that could make possible the use of the proper waste water constituent for the improvement of the treatment efficiency. The study was divided into 3 main stages. In stage 1 (181 days of operation), the reactor with suspended biomass was kept with 4 alternating phases aerobic/anoxic and a 24-hour cycle was used, and the endogenous denitrification was verified (nitrogen removal efficiency of 65 \'+ OU -\' 27%). For stage 2 (127 days of operation), the suspended biomass reactor was submitted to a cycle of 12 hours, with an aerobic phase (6 hours) and posterior anoxic phase (6 hours). In this stage effluent of the methanogenic and sulphetogenic reactors, rich in volatile acid (acetic acid), was added to accelerate the denitrify process. The achieved results had been low in terms of nitrogen removal(42 \'+ OU -\' 21%). For stage 3 (134 days of operation), some supports media was tested through dissolved oxygen microsensors technique, in order to check the specific biofilm formation (nitrificant/denitrificant) and the mineral coal was opted to be used in the immobilized biomass reactor. In this last stage it was adopted an operational strategy similar in stage 2 (12 hours cycle), as well as the addition of part of the affluent in the anoxic phase. The nitrogen removal, with aerobic and anoxic periods and 12 hours cycle, revealed feasible in the reactor with immobilized biomass (nitrogen removal efficiency of 72 \'+ OU -\' 13%). In the end of the experimental tests, kinetic modelings were done and had allowed the understanding of conventional and not conventional processes occurred in the stages for nitrogen removal, such as desnitrification in aerobic phase and ANAMMOX process