Monitorização e análise de imagem de um reactor descontínuo sequencial de lamas activadas

Tese de Mestrado em BiotecnologiaEste trabalho incidiu na monitorização de um Reactor Descontínuo Sequencial à escala laboratorial e na análise de imagem do biosistema, perturbado com concentrações crescentes de sal. Após a adaptação microbiana, foi avaliado o processo de nitrificação através das remoções de azoto amoniacal, bem como a remoção de matéria orgânica em termos de CQO, sob adições crescentes de NaCl (0,5 % a 6,0 %). Efectuou-se também o acompanhamento de nitrato e de fosfato do sistema. Pretendeu-se avaliar a sedimentabilidade das lamas através da determinação do índice volumétrico de lamas e da turbidez. As ferramentas de análise de imagem foram utilizadas no processamento das imagens adquiridas durante as perturbações do sistema e permitiram determinar vários parâmetros estruturais e morfológicos. A partir de técnicas de estatística multivariável foi possível aferir quais os parâmetros preponderantes na avaliação da sedimentação das lamas. Para este estudo, adoptou-se uma estratégia de enchimento por pulsos visando a obtenção de elevadas percentagens de remoção de azoto amoniacal do efluente, minimizando as concentrações inibitórias para os microrganismos no interior do reactor. As imagens captadas no final de cada teste foram submetidas a um programa de processamento (IMAGE J) e posteriormente a outro programa de determinação de parâmetros estruturais e morfológicos dos agregados microbianos (MATLAB). Verificou-se que o sistema biológico adoptado é eficiente no tratamento de efluentes industriais. Contudo, após a adição de elevadas concentrações de sal o sistema sofre algumas perturbações devido à variação da força iónica do meio que provoca a plasmólise celular e consequentemente a desfloculação da biomassa indicada pelo aumento da turbidez do efluente. Os resultados de turbidez correlacionam-se com os sólidos suspensos voláteis. Verificou-se também que o índice volumétrico de lamas deve ser complementado pela análise da turbidez do efluente de forma a estimar correctamente as características morfológicas e de sedimentabilidade dos agregados microbianos. De referir ainda que com o aumento da concentração de NaCl não se verificaram alterações significativas nas várias classes de tamanhos estudadas. A análise dos mínimos quadrados parciais não permitiu a previsão do índice volumétrico de lamas nem de turbidez baseando apenas este estudo na morfologia e estrutura da biomassa agregada, pois existe uma grande quantidade de biomassa dispersa no sistema.The aim of the present work was to evaluate the performance of a Sequencing Batch Reactor through its monitoring and the activated sludge image analysis, disturbed with saline wastewater. After the sludge adaptation, it was observed ammonia removal rate related to the nitrification process and the organic load removal (expressed in COD) with increasing of NaCl concentration (0,5 % to 6,0 %). The nitrate and phosphate concentrations were also accompanied during this study. The sludge settleability was evaluated through the sludge volume index and turbidity determination. Several morphological and structural parameters of the activated sludge flocs were estimated by image analysis techniques and correlated with the settleability parameters. Multivariable statistical techniques were employed to determine the relationships between the aggregates and the operating parameters, survey the preponderant parameters in the evaluation of the sludge settleability. For this study, a filling strategy with symmetric pulses was employed to improve ammonia removal efficiency, minimizing the inhibitory concentrations for conventional microorganisms inside the reactor. The activated sludge images acquired at the end of each test were submitted to processing software (IMAGE J) and afterwards applied to the software responsible for the structural and morphologic parameter determination (MATLAB). It was verified that the biological system adopted is efficient for industrial wastewater treatment. However, after the addition of high salt concentrations this system is disturbed due to ionic strength variation that causes cellular plasmolysis and biomass deflocculation showed by the increase in effluent turbidity. Turbidity results have been shown to correlate quite well with the volatile suspended solids. It was also found that the sludge volume index evaluation must be complemented by turbidity analyses to correctly assess the morphological and settleability characteristics of the aggregated biomass. Furthermore, no significant changes for all the studied classes were found with the increase on NaCl concentration. The multivariate partial least squares analysis did not allow for reliable sludge volume index or turbidity predictions based solely on the aggregated biomass morphology data or contents, given the high dispersed bacteria contents in the sludge