Análise estatística da quantidade de sólidos voláteis livres nas etapas de carregamento intermediário e carregamento máximo no reator R2 (recirculação intermediária) - SV x carregamento influente. Análise estatística da quantidade de sólidos voláteis livres nos estágios de carga intermediária e carga máxima no reator R3 (recirculação máxima) - SV x carga afluente.
INTRODUÇÃO
As principais vantagens do processo RBLM em relação aos reatores de lodo ativado são a sua compactação e a ausência da necessidade de recirculação do lodo. A eficiência de reatores de leito móvel na remoção de matéria orgânica de esgoto doméstico típico foi avaliada quando submetidos a diferentes cargas orgânicas influentes e diferentes vazões de recirculação de esgoto.
OBJETIVOS
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
INTRODUÇÃO
MICRORGANISMOS ENVOLVIDOS NOS PROCESSOS BIOLÓGICOS
EXIGÊNCIAS ENERGÉTICAS E NUTRITIVAS DAS BACTÉRIAS
METABOLISMO E GERAÇÃO DE ENERGIA NAS CÉLULAS
Catabolismo fermentativo (fermentação) Doador de elétrons Matéria orgânica Matéria orgânica oxidada Aceitador de elétrons Externo: composto. A geração de energia nas células microbianas é alcançada através da respiração (catabolismo oxidativo) e pode ocorrer em três condições diferentes: aeróbica, anóxica e anaeróbica, dependendo do aceptor de elétrons presente.
REMOÇÃO DE CARBONO PELO METABOLISMO AERÓBIO
CRESCIMENTO E SUSTENTAÇÃO DA BIOMASSA
- Sistemas de crescimento disperso: o floco
- Sistemas de crescimento aderido: o biofilme
- Conceituação
- Formação e crescimento do biofilme
- Comportamento do biofilme na depuração do afluente
- Estrutura do biofilme
O aspecto essencial dos reatores de biofilme é a necessidade de difusão de substratos e produtos através do biofilme. Os resultados obtidos por Beyenal e Tanyolaç (1998) confirmam os resultados de Zhang e Bishop (1994) quanto ao aumento da porosidade do biofilme com o aumento da espessura.
REATORES BIOLÓGICOS DE LEITO FLUIDIZADO
- Conceito e variações
- Aplicações dos reatores de leito fluidizado
- Fluidização
- Meio suporte
- A biomassa em reatores de leito fluidizado
- Eficiências
- Condições hidrodinâmicas
- Biomassa imobilizada e biomassa em suspensão em reatores de
A menor quantidade de sólidos totais aderidos ocorreu no reator com menor vazão de reciclagem (R1) para a menor carga aplicada. Para os reatores R2 e R3, o aumento na carga aplicada resultou em aumento na quantidade de sólidos aderidos e em redução não significativa na eficiência de remoção. Para a menor vazão de recirculação (R1), o aumento da carga aplicada, conforme Tabela 5.3, resultou na redução da massa de sólidos voláteis aderidos.
Comum aos três reatores é a relação entre a vazão de recirculação e a massa de sólidos voláteis ligados aos reatores. O aumento de sólidos voláteis livres com o aumento da carga influente é estatisticamente significativo (P <5%) no reator de recirculação intermediário (R2). Em todos os reatores, a massa de sólidos voláteis livres aumenta com o aumento da remoção de DQO.
No reator circulante intermediário (R2), com o aumento da remoção de DQO, a massa de sólidos voláteis ligados também aumenta.
VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS REATORES AERÓBIOS DE
MATERIAIS E MÉTODOS
- MONTAGEM EXPERIMENTAL
- ALIMENTAÇÃO DOS REATORES
- CONDIÇÕES OPERACIONAIS
- MONITORAMENTO DOS EFLUENTES LÍQUIDOS
- BIOSÓLIDOS ADERIDOS
- VELOCIDADE ASCENSIONAL DAS BIOPARTÍCULAS
Cada reator recebeu 6,30 L de partículas de polipropileno (PP), que serviram como meio de suporte para o crescimento de microrganismos. Verificou-se uma vazão de recirculação de 2,5 L/min como a menor vazão que, em conjunto com a vazão de ar, poderia induzir separação mínima entre as partículas do meio transportador; para este fluxo. As partículas do meio carreador coberto por biofilme foram coletadas através de um registro localizado na meia altura do reator, mesmo registro utilizado para a coleta do efluente destinado às análises físico-químicas.
Partículas do meio de suporte livre de biofilme foram removidas com uma pinça da água deionizada contendo o biofilme destacado. Foram realizadas quatro determinações da quantidade de sólidos aderidos ao meio suporte, uma no final do estágio de carregamento intermediário, uma no estágio de carregamento mais alto e duas no estágio de carregamento mais baixo. Buscando investigar a superexpansão, foram realizados testes para determinar a velocidade crescente das partículas no meio suporte.
A determinação da taxa de crescimento de uma partícula isolada do meio transportador foi realizada cronometrando o tempo necessário para a partícula percorrer uma determinada distância vertical no meio líquido (água).
RESULTADOS E DISCUSSÕES
INTRODUÇÃO
EFICIÊNCIA DE REMOÇÃO CARBONÁCEA
- Influência da vazão de recirculação
- Influência da carga orgânica afluente
Estatisticamente, as diferenças entre as eficiências médias não são significativas (P < 5%), ou seja, não há evidências de que o fluxo de recirculação tenha efeito na eficiência de remoção de carbono medida em termos de DQO filtrada. Apesar das diferenças estatisticamente insignificantes, os três reatores alcançaram alta eficiência de remoção de carbono medida na DQO filtrada, conforme mostrado na Tabela 5.1. Os resultados do desvio padrão indicam que os três reatores apresentaram menor estabilidade de remoção de carbono em termos de DQO filtrada na etapa de Maior Carga, onde o reator foi operado com uma corrente de reciclagem intermediária (R2) que apresentou a menor estabilidade (maior desvio padrão). esta fase.
Na Tabela 5.2 são apresentadas as eficiências de remoção de carbono em termos de DQO total dos reatores para cada uma das fases de operação. Em termos de DQO total, entretanto, a instabilidade da remoção de carbono foi bastante acentuada para as maiores cargas aplicadas, como pode ser observado pelos elevados desvios padrão observados. Nesta fase, todos os três reatores apresentaram praticamente a mesma eficiência de remoção de carbono medida como DQO total.
Todos os três reatores apresentaram redução na eficiência de remoção de carbono, em termos de DQO filtrada com o aumento da carga, mas apenas para o reator com menor reciclabilidade (R1) essa redução foi estatisticamente significativa (P < 5%).
BIOSÓLIDOS
- Sólidos aderidos
- Sólidos livres
- Sólidos aderidos e sólidos livres nos reatores
Considerando o aumento da carga aplicada (carga intermediária para maior carga), os reatores R2 e R3 apresentaram aumento na quantidade de sólido total aderido. Para o reator R1, esse aumento na carga aplicada resultou em redução na quantidade de sólido total aderido. No reator com maior recirculação (R3), o aumento da carga aplicada não afetou a quantidade de sólidos voláteis ligados presentes no reator.
O aumento da carga aplicada resultou em aumento na massa de sólidos voláteis ligados para a recirculação intermediária (R2). Enquanto a quantidade de sólidos fixos aumenta, a de sólidos voláteis permanece praticamente a mesma (R3) ou apresenta um ligeiro aumento (R2). Na Figura 5.20 pode-se observar que a massa de sólidos voláteis em cada reator aumentou com o aumento da carga aplicada (P < 5%).
No reator com maior recirculação (R3), a quantidade limite (máxima) de microrganismos aderidos foi atingida com a maior carga aplicada, pois mesmo com o aumento da carga (intermediária para maior) não houve aumento na quantidade de sólidos aderidos .
EFICIÊNCIA DE REMOÇÃO CARBONÁCEA E BIOSÓLIDOS
DQO particulado e sólidos voláteis livres não foram confirmados porque enquanto a quantidade de sólidos voláteis livres apresentou um aumento significativo (P < 5%) com o aumento da carga afluente, o DQO particulado não apresentou aumento significativo (P < 5%). Com exceção do reator com menor recirculação (R1) no estágio de Maior Carga, todos os reatores em todos os estágios de carga apresentam maior massa de sólidos voláteis aderidos do que de sólidos voláteis livres, o que é esperado em reatores com biofilmes. No R3 (maior recirculação), a massa de sólidos voláteis aderidos não se altera com o aumento da remoção de DQO, indicando que o reator atingiu a quantidade máxima de biofilme para este modo de operação (fluxo de recirculação).
Vale relatar aqui a conclusão do capítulo 5.3.3 – Sólidos livres e sólidos aderidos aos reatores, a saber: os sólidos voláteis anexados desempenham um papel de destaque em comparação aos sólidos voláteis livres na remoção de carbono nos reatores sob investigação.
ASPECTOS HIDRODINÂMICOS
Como o crescimento do biofilme aumenta a densidade da biopartícula (partícula de suporte + biofilme), 5,33 cm/s é a velocidade ascendente máxima que as partículas poderiam atingir dentro dos reatores. Este resultado está de acordo com o pressuposto de que a superexpansão está associada ao aumento da densidade das biopartículas e, consequentemente, à diminuição da sua velocidade de ascensão. No reator de recirculação intermediária (R2), único reator no qual foram realizadas duas medições de taxa de elevação de biopartículas, houve uma diminuição tanto na taxa média de elevação de biopartículas quanto na massa de sólidos totais aderidos com o aumento da carga aplicada (carga inferior - carga intermediária ).
Neste reactor aconteceu o contrário do que era esperado, nomeadamente que o aumento da biomassa resultou num aumento da densidade e portanto numa diminuição da velocidade de subida. A maior taxa de subida observada corresponde à menor massa de sólidos totais ligados, que ocorreu na fase de menor carregamento para o reator com menor vazão de reciclagem (R1). A Figura 5.30 mostra que a taxa média de ascensão das biopartículas diminuiu com o aumento da vazão de recirculação do efluente, ambas na fase de menor carregamento.
Isto significa que quanto maior o fluxo de recirculação, maior a densidade dos bioptrims, à medida que a sua taxa de ascensão é reduzida.
PRINCIPAIS DIFICULDADES OPERACIONAIS OCORRIDAS DURANTE
Inicialmente, a distribuição do ar nos reatores era realizada através de uma parte constituída por uma “tampa” central onde eram distribuídas radialmente cinco pedras porosas em forma de bastão com 3 cm de comprimento. Aproximadamente dois meses de operação dos reatores, a seção transversal dos reatores, na altura dos arejadores, apresentava-se parcialmente obstruída devido ao acúmulo de lodo nas pedras do arejador. Tendo em conta que a acumulação progressiva de lamas no arejador provocaria o bloqueio da secção transversal dos reactores, foram alterados os distribuidores de ar.
A nova peça para servir como difusor de ar consistia em uma “tampa” com um arejador de aquário de 10 cm de comprimento disposto paralelamente ao fluxo do fluido. A distribuição do ar não foi prejudicada, o que pode ser observado pelo deslocamento das bolhas de ar nos reatores. Após várias semanas de operação do reator, os distribuidores começaram a sofrer bloqueios frequentes - os orifícios de saída estavam bloqueados por lodo.
Problemas como entupimento de distribuidores de líquidos e difusores de ar provavelmente não ocorreriam na vida real devido às maiores dimensões dos furos e tubos.
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
CONCLUSÕES
Os resultados encontrados em relação aos sólidos aderidos indicam que a eficiência do tratamento nos reatores está relacionada aos sólidos imobilizados (aderidos). O fluxo de recirculação teve efeito na quantidade de sólidos voláteis ligados, mas nenhum efeito foi encontrado na quantidade de sólidos voláteis livres. O aumento do fluxo de recirculação resultou na redução da taxa média de subida das biopartículas, ou seja, representou um aumento na densidade das biopartículas.
O mesmo efeito, um aumento na densidade do biofilme, foi observado em associação com um aumento na carga orgânica afluente. Quanto ao espalhamento excessivo do leito de suporte, há indícios de que isso se deva ao aumento da densidade do biofilme. O principal problema que surgiu foi o problema operacional de manutenção das biopartículas no reator, ou seja, dispersão excessiva do leito transportador.
RECOMENDAÇÕES
Evaluation of biochemical reaction kinetic parameters in three-phase fluidized bed biofilm reactor for wastewater treatment. Essential role of hydrodam shear force in biofilm and granular sludge formation. Effects of fluid velocity and water quality on the growth of planktonic and sessile microbes in hydraulic system water.
O efeito da velocidade superficial do ar no acúmulo de biofilme em um reator trifásico de leito fluidizado. Modelo cinético para resposta dinâmica de reator trifásico de biofilme de leito fluidizado para tratamento de águas residuárias. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias - v.2 Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – Universidade Federal de Minas Gerais.
ANEXO
ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS RESULTADOS
