Domestic wastewater treatment through anaerobic / aerobic conjugated system: technological alternative to minimize environmental impacts.

Submitted by Gustavo Nascimento (gustavo.diniz@ufcg.edu.br) on 2018-12-05T12:26:12Z No. of bitstreams: 1 ISRAEL NUNES HENRIQUE - TESE PPGRN 2010.pdf: 3445779 bytes, checksum: 44a1ddf1cc9ce414d30fef25d88a73cc (MD5)Made available in DSpace on 2018-12-05T12:26:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ISRAEL NUNES HENRIQUE - TESE PPGRN 2010.pdf: 3445779 bytes, checksum: 44a1ddf1cc9ce414d30fef25d88a73cc (MD5) Previous issue date: 2010-05-17CNPqO lançamento de esgotos domésticos sem tratamento ou apenas parcialmente tratados, contendo, cargas orgânicas e nutrientes promovem a eutrofização em corpos receptores, acarretando problemas sanitários, ecológicos, econômicos e sociais. Melhorar a tecnologia convencional existente e desenvolver novos sistemas de tratamento de efluente se faz necessário. Nesta pesquisa foram avaliadas diferentes configurações de reatores biológicos para o tratamento de esgoto doméstico. As combinações de reatores utilizadas que estimularam o processo de nitrificação/desnitrificação conduzindo à remoção de N, foram: 1) Reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB) seguido de reator seqüencial em batelada (RBS), utilizando um com biomassa dispersa e outro com biomassa aderida em meio suporte vegetal, Luffa cylindrica; 2) Tratamento de EB em RBS com diferentes variações de ciclo operacional; 3) Tratamento de EB em RBS com fonte de carbono externa: acetato e lodo lisado; 4) Tratamento de EB em um reator anaeróbio com biomassa dispersa seguido por um reator aeróbio com biomassa aderida em meio suporte sintético operado em regime de bateladas, e para remoção biológica de P 5) Tratamento de EB em RBS operados em ciclos anaeróbio/aeróbio com diferentes tempos de retenção de sólidos. Estudos com respirometria foram feitos para determinar: as constantes cinéticas das populações de bactérias heterotróficas e autotróficas; a assimilação de material orgânico no processo de remoção de fósforo e quantificação das frações solúveis e particuladas da DQO. O biofilme aderido ao material suporte (Luffa cylindrica) apresentou maiores taxas de nitrificação e remoção de DQO que o sistema RBS com biomassa dispersa. Os resultados obtidos no sistema RBS operado com 3 ciclo.dia-1 não apresentaram diferença significativa (p>0,05) comparado ao RBS operado com 4 ciclo.dia-1, ambos apresentaram satisfatórios resultados de remoção com DQO de 86 e 85%, para NTK de 91 e 90% e SST de 86 e 86%, respectivamente. O RBS tratando EB juntamente com lodo lisado removeu em média 23 e 40% a mais fósforo total e ortofosfato, respectivamente, que os sistemas utilizando apenas EB como substrato. O sistema combinado reator anaeróbio com biomassa dispersa seguido por um reator aeróbio com biomassa aderida com recirculação entre os reatores mostrou resultados promissores em termos de remoção de N-NH4+ e N-NTK, apresentando eficiências de 91 e 94%, respectivamente, e produzindo efluente clarificado, com concentrações médias de SSV de 8 mg.L-1. O RBS monitorado com idade de lodo de 5 dias apresentou melhores resultados de remoção de fósforo, com concentrações de 12,6% de P no lodo de excesso. Para a remoção de nitrogênio por processo de nitrificação/desnitrificação os sistemas operados com biomassa aderida apresentaram as melhores taxas de nitrificação do que os reatores com biomassa dispersa, contudo, a adição de uma fonte de carbono externa é essencial para uma boa desnitrificação. Foram obtidas maiores remoções de P em reatores com biomassa suspensa e a adição de uma fonte de carbono externa (lodo lisado) aumentou as taxas de remoção. Em termos de efluente clarificado (remoção de sólidos), os reatores com biomassa aderida foram melhores.The disposal of domestic sewage without or only partial treatment into receiving water bodies, causes eutrofication as a result of the high concentrations of organic material and nutrients, provoking sanitary, ecological, economical and social problems. It is therefore necessary to improve existing technologies and develop new ones to address this problem. In this research different configurations of biological reactors were evaluated for the treatment of domestic sewage. The combinations of reactors used to stimulate the nitrification/denitrification processes leading to N removal were: 1) Upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB) followed by Sequencial Batch Reactor systems (SBR), one with dispersed biomass and the other with adhered biomass on a support medium of Luffa cylindrica; 2) Raw sewage (RS) treatment in SBR with different operational cycles; 3) RS treatment in SBR with external carbon sources: acetate and lysed sludge; 4) RS treatment in a combination of an anaerobic reactor with dispersed biomass followed by an aerobic reactor operating in batch with adhered biomass on a synthetic support and for biological P removal 5) RS treatment in SBR operating in an anaerobic/aerobic cycles with different solids retention times. Respirometry studies were made to determine: the kinetic constants of the heterotrophic and autotrophic bacterial populations; the assimilation of organic material in the process of phosphorus removal and quantification of the soluble and particulate fractions of COD. The adhered biofilm on the Luffa cylindrica support gave higher nitrification and COD removal rates than the SBR system with disperse biomass. A SBR system operated with 3 cycles per day didn't give significantly different results (p>0.05) compared to a RBS operating with 4 cycles per day, both performed well with respective removals for COD of 86 and 85%, for TKN of 91 and 90% and TSS of 86 and 86%. SBR treating RS jointly with lysed sludge removed on average 23 and 40% more total phosphorus and orthophosphate, respectively, than the systems just receiving RS as substrate. The combination of an anaerobic reactor with dispersed biomass followed by an aerobic reactor with adhered biomass with recirculation between the reactors showed promising results in terms of N-NH4+ and N-NTK removals with efficiencies of 91 and 94%, respectively, and producing a clarified effluent with SVS mean concentrations of 8 mg.L-1. SBR with a sludge age of 5 days gave the best results for phosphorus removal with a concentration of 12.6% P in the excess sludge. For nitrogen removal via nitrification/denitrification the systems with adhered biomass gave better nitrification rates than dispersed biomass reactors, but, the addition of an external carbon source was essential for good denitrification. Better P removals were obtained in reactors with suspended biomass and again the addition of an external carbon source (lysed sludge) increased removal rates. In terms of a clarified effluent (removal of solids), the reactors with adhered biomass were better