LISTA DE FIGURAS
FIGURA 4.1 - Local para instalação do reator FIGURA 4.2 - Reator Anaeróbio em Batelada Seqüencial, contendo
biomassa imobilizada e agitação mecânica FIGURA 4.3 - Foto do sistema FIGURA 4.4 - Foto do reator FIGURA 4.5 - Cesto adaptado de inox FIGURA 4.6 - Água residuária utilizada FIGURA 4.7 - Bomba de sucção e recalque da água residuária FIGURA 4.8 - Bombas e temporizadores FIGURA 4.9 - Painel de controle da agitação FIGURA 4.10 - Impelidor (tipo turbina) FIGURA 5.1 - Variação temporal da DQO de amostra bruta afluente (●) e
efluente () utilizando-se a espuma como suporte FIGURA 5.2 - Variação temporal da DQO de amostra filtrada afluente (●)
e efluente () utilizando-se a espuma como suporte FIGURA 5.3 - Variação temporal da DQO suspensa afluente (●) e
efluente () utilizando-se a espuma como suporte FIGURA 5.4 - Variação temporal da DQO solúvel afluente (●) e
efluente () utilizando-se a espuma como suporte FIGURA 5.5 - Variação temporal da DQO coloidal afluente (●) e
efluente () utilizando-se a espuma como suporte FIGURA 5.6 - Variação temporal da Eficiência de amostra bruta (●) e
filtrada () utilizando-se a espuma como suporte de imobilização FIGURA 5.7 - Variação temporal da DQO afluente de amostra bruta (●)
e das frações de DQO no efluente para amostras bruta (■), filtrada (▲),
suspensa (♦), solúvel (—) e coloidal (-) utilizando-se a espuma como suporte FIGURA 5.8 - Variação temporal da Alcalinidade a Bicarbonato afluente (●)
e efluente () utilizando-se a espuma como suporte de imobilização FIGURA 5.9 - Variação temporal da concentração de AVT afluente (●)
e efluente () utilizando-se a espuma como suporte de imobilização 12
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FIGURA 5.10 - Variação temporal da concentração de SST afluente (●)
e efluente () utilizando-se a espuma como suporte FIGURA 5.11 - Variação temporal da concentração de SSV afluente (●)
e efluente () utilizando-se a espuma como suporte FIGURA 5.12 - Variação temporal da DQO de amostra bruta afluente (●)
e efluente () utilizando-se o carvão como suporte FIGURA 5.13 - Variação temporal da DQO de amostra filtrada afluente (●)
e efluente () utilizando-se o carvão como suporte FIGURA 5.14 - Variação temporal da DQO de amostra suspensa afluente (●)
e efluente () utilizando-se o carvão como suporte FIGURA 5.15 - Variação temporal da DQO de amostra solúvel afluente (●)
e efluente () utilizando-se o carvão como suporte FIGURA 5.16 - Variação temporal da DQO de amostra coloidal afluente (●)
e efluente () utilizando-se o carvão como suporte de imobilização FIGURA 5.17 - Variação temporal da Eficiência de amostra bruta (●)
e filtrada () utilizando-se o carvão como suporte de imobilização FIGURA 5.18 - Variação temporal da DQO afluente de amostra bruta (●)
e das frações de DQO no efluente para amostras bruta (■), filtrada (▲), suspensa (♦), solúvel (—) e coloidal (-) utilizando-se o carvão como
suporte de imobilização FIGURA 5.19 - Variação temporal da Alcalinidade a Bicarbonato afluente (●)
e efluente () utilizando-se o carvão como suporte de imobilização FIGURA 5.20 - Variação temporal da concentração de AVT afluente (●)
e efluente () utilizando-se o carvão como suporte de imobilização FIGURA 5.21 - Variação temporal da concentração de SST afluente (●)
e efluente () utilizando-se o carvão como suporte FIGURA 5.22 - Variação temporal da concentração de SSV afluente (●)
e efluente () utilizando-se o carvão como suporte FIGURA 5.23 - Variação temporal da DQO de amostra bruta afluente (●)
e efluente () utilizando-se o polietileno como suporte FIGURA 5.24 - Variação temporal da DQO de amostra filtrada afluente (●)
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e efluente () utilizando-se o polietileno como suporte FIGURA 5.25 - Variação temporal da DQO de amostra suspensa afluente(●)
e efluente ()utilizando-se o polietileno como suporte FIGURA 5.26 - Variação temporal da DQO de amostra solúvel afluente (●)
e efluente () utilizando-se o polietileno como suporte FIGURA 5.27 - Variação temporal da DQO de amostra coloidal afluente (●)
e efluente () utilizando-se o polietileno como suporte de imobilização FIGURA 5.28 - Variação temporal da Eficiência de amostra bruta (●)
e filtrada () utilizando-se o polietileno como suporte de imobilização FIGURA 5.29 - Variação temporal da DQO afluente de amostra bruta (●)
e das frações de DQO no efluente para amostras bruta (■), filtrada (▲), suspensa (♦), solúvel (—) e coloidal (-) utilizando-se o polietileno como
suporte de imobilização FIGURA 5.30 - Variação temporal da Alcalinidade a Bicarbonato afluente (●)
e efluente () utilizando-se o polietileno como suporte de imobilização FIGURA 5.31 - Variação temporal da concentração de AVT afluente (●)
e efluente () utilizando-se o polietileno como suporte de imobilização FIGURA 5.32 - Variação temporal da concentração de SST afluente (●)
e efluente () utilizando-se o polietileno como suporte FIGURA 5.33 - Variação temporal da concentração de SSV afluente (●)
e efluente () utilizando-se o polietileno como suporte FIGURA 5.34. Variação temporal de potencial redox utilizando-se a espuma
como suporte de imobilização FIGURA 5.35. Variação temporal de Demanda Química de Oxigênio.
Amostra bruta (•), filtrada (c) e solúvel (■)utilizando-se a espuma como suporte FIGURA 5.36. Variação temporal de Demanda Química de Oxigênio.
Amostra bruta (•), filtrada (c) e solúvel (■)utilizando-se a espuma como suporte FIGURA 5.37. Variação temporal de potencial redox utilizando-se o carvão
como suporte de imobilização FIGURA 5.38 - Variação temporal de Demanda Química de Oxigênio.
Amostra bruta (•), filtrada (c) e solúvel (■) utilizando-se o carvão como suporte 34
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FIGURA 5.39 - Variação temporal de Demanda Química de Oxigênio.
Amostra bruta (•), filtrada (c) e solúvel (■) utilizando-se o carvão como suporte FIGURA 5.40. Variação temporal de potencial redox utilizando-se o polietileno como suporte de imobilização FIGURA 5.41. Variação temporal de Demanda Química de Oxigênio. Amostra bruta (•), filtrada (c) e solúvel (■), utilizando-se o polietileno como suporte FIGURA 5.42. Perfis ajustados para obtenção dos parâmetros cinéticos de
DQO total utilizando-se a espuma com suporte FIGURA 5.43. Perfis ajustados para obtenção dos parâmetros cinéticos de
DQO total utilizando-se o carvão como suporte FIGURA 5.44. Perfis ajustados para obtenção dos parâmetros cinéticos de
DQO total utilizando-se o polietileno como suporte FIGURA 5.45 – Velocidade de degradação da matéria orgânica total ao
longo do tempo de ciclo FIGURA 5.46 – Morfologias presentes utilizando espuma de poliuretano
como material suporte, através de microscopia ótica de contraste de fase, com aumento de 1500x, semelhantes a: (a) bacilos curvos com extremidade arredondadas e ovalados; (b) bacilos ovalados e filamento; (c) bactérias fototróficas; (d) methanosaeta sp; (e) cocos em cadeia; (f) bacilos delgados
e curvos, e fototróficas FIGURA 5.47 – Morfologias presentes utilizando carvão vegetal como
material suporte, através de microscopia ótica de contraste de fase, com aumento de 1600x, semelhantes a: (a) bactérias fototróficas, bacilos em cadeia e curvos; (b) bactérias fototróficas; (c) bactérias
fototróficas e filamento; (d) methanosaeta sp e fototrófica; (e) fototrófica,
protozoário, bacilos delgado e curvo; (f) bactérias fototróficas FIGURA 5.48 – Morfologias presentes utilizando polietileno de baixa
densidade reciclado como material suporte, através de microscopia ótica de contraste de fase, com aumento de 1500x, semelhantes a: (a) methanosaeta sp; (b) methanosaeta sp. e thiospirillum sp.; (c) methanosaeta sp; (d) sarcina;
(e) thiospirillum sp.; (f) thiospirillumsp 42
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FIGURA 5.49 - Gel de DGGE das amostras submetidas aos primers do domínio Arquea: (Mb): Methanobacteriumformicicum - ATCC 33274 (controle positivo); Mesp: reator utilizando da espuma de poliuretano como suporte inerte para imobilização da biomassa; Mcar: reator utilizando do carvão vegetal como suporte inerte para imobilização da biomassa;
Mpol: reator utilizando do polietileno como suporte inerte para imobilização
da biomassa FIGURA 5.50 - Gel de DGGE das amostras submetidas aos primers do
domínio Bactéria: (All): Allochromatium vinosum - DSM 183 (controle positivo); Ec: Escherichia coli (controle positivo); Mesp: reator utilizando da espuma de poliuretano como suporte inerte para imobilização da biomassa; Mcar: reator utilizando do carvão vegetal como suporte inerte para imobilização da biomassa; Mpol: reator utilizando
do polietileno como suporte inerte para imobilização da biomassa 58
LISTA DE TABELAS
TABELA 4.1: Características fisíco-quimícas dos materiais suportes utilizados na imobilização das células.
TABELA 5.1 – Valores médios dos parâmetros de monitoramento afluente e efluente do reator operado com espuma de poliuretano como suporte de
imobilização TABELA 5.2 – Valores médios de Sólidos Totais (ST), Sólidos Voláteis (SV), Sólidos Fixos (SF) e Sólidos Suspensos Fixos (SSF) das amostras afluentes e efluentes utilizando-se a espuma como suporte de imobilização TABELA 5.3 – Valores médios dos parâmetros de monitoramento afluente e efluente do reator operado com carvão vegetal como suporte de imobilização TABELA 5.4 – Valores médios de Sólidos Totais (ST), Sólidos Voláteis (SV), Sólidos Fixos (SF) e Sólidos Suspensos Fixos (SSF) das amostras afluentes e efluentes TABELA 5.5 – Valores médios dos parâmetros de monitoramento afluente e efluente do reator operado com polietileno como suporte de imobilização TABELA 5.6 – Valores médios de Sólidos Totais (ST), Sólidos Voláteis (SV), Sólidos Fixos (SF) e Sólidos Suspensos Fixos (SSF) das amostras afluentes e efluentes TABELA 5.7 - Coeficiente cinético aparente de primeira ordem para
degradação da matéria orgânica total, relação entre a concentração de substrato residual e a concentração de substrato inicial, e coeficiente de correlação
TABELA 5.8 - Concentração de biomassa aderida por mg de material inerte (concentração especifíca).
TABELA 5.9 - Morfologias dos microrganismos presentes nos suportes de
imobilização da biomassa anaeróbia 15
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SUMÁRIO
RESUMO ABSTRACT 1. INTRODUÇÃO 2. OBJETIVOS 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1. Reatores Anaeróbios Operados em BateladasSeqüenciais 3.2. ASBBR e Suportes para Imobilização da Biomassa Anaeróbia 4. MATERIAL E MÉTODOS 4.1.Reator 4.2. Suportes de Imobilização 4.3. Água Residuária 4.4. Métodos Analíticos 4.5. Procedimento Experimental 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 5.1. Avaliação do desempenho do reator 5.1.1. Reator operado com espuma de poliuretano como suporte de
imobilização
5.1.2. Reator operado com carvão vegetal como suporte de imobilização 5.1.3. Reator operado com polietileno de baixa densidade reciclado como
suporte de imobilização 5.2. Cinética 5.2.1. Perfis Temporais 5.2.2. Obtenção de parâmetros cinéticos aparentes 5.3. Avaliação Microbiológica 5.3.1. Quantificação da biomassa
5.3.2. Exame Microscópico
5.3.3. Análise da estrutura da comunidade microbiana 6. CONCLUSÕES
7. SUGESTÕES 8. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS
RESUMO
GARCIA, M. L. (2005). Avaliação do suporte no desempenho de reator anaeróbio operado em bateladas seqüenciais com agitação, contendo biomassa imobilizada no tratamento de
esgoto sanitário. Dissertação (Mestrado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2005.
O projeto proposto teve como objetivo principal à avaliação do suporte no desempenho do reator anaeróbio operado em bateladas seqüenciais, com agitação, contendo biomassa imobilizada no tratamento de esgoto sanitário do Campus da USP em São Carlos. O estudo do desempenho global deste tipo de configuração de reator é extremamente vinculado com o suporte inerte o qual proporciona a aderência e crescimento da biomassa. Neste trabalho foram estudados três suportes inertes: espuma de poliuretano, carvão vegetal e polietileno de baixa densidade reciclado. A avaliação global foi realizada sob análise de três diferentes e dependentes variáveis locais: o desempenho do reator, a análise cinética e os exames microbiológicos. A espuma de poliuretano pôde ser considerada como sendo o material mais adequado para tal finalidade, apresentando maiores eficiências de redução da DQO de amostras brutas e filtradas de 61% e 71%, respectivamente, o melhor coeficiente cinético aparente de primeira ordem (k1T): 0,52 ± 0,04 h-1, e uma biomassa predominantemente
caracterizada por arqueas metanogênicas e bactérias fototróficas. O carvão vegetal apresentou resultados intermediários, no entanto não satisfatórios, na redução de DQO e ainda uma biomassa não compatível com a esperada para um tratamento anaeróbio biológico. Ou seja, pode-se inferir que neste tipo de suporte houve seleção de biomassa inadequada para se tratar esgoto sanitário. Por fim, o polietileno apresentou os resultados menos expressivos, porém, dada sua caracterização microbiológica constatou-se ser um suporte com potencial para o tratamento de esgoto sanitário quando nele for aplicado um tratamento prévio, objetivando melhores características físico-químicos, como rugosidade, por exemplo.
ABSTRACT
GARCIA, M. L. (2005). Evaluation of bed materials on the performance of an anaerobic sequencing batch biofilm reactor treating sewage wastewater. M. Sc. Dissertation – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2005.
The main objective of this study was the evaluation of bed materials on the performance of an anaerobic sequencing batch biofilm reactor, with agitation, treating sewage wastewater of the Campus of University of São Paulo in São Carlos. The study of the global performance of this reactor configuration is extremely linked with the bed material, which provides adhesive and growing conditions. In this work, three different bed materials were investigated: polyurethane foam, vegetal carbon and recycled low-density polyethylene. The global evaluation was performed under analysis of three different and dependant local variables: the reactor performance, kinetic analyses and microbial exams. The polyurethane foam was considered the most suitable material. Using the polyurethane foam as a bed material were obtained the highest COD removal efficiencies, 61% and 71% corresponding to total and filtered samples, respectively. In Addition, the polyurethane foam showed the best modified first-order kinetic model (k1T) of 0,52 ± 0,04 h-1, and a biomass
predominately characterized by microorganisms resembling to archeas metanogens and phototrophic bacteria. The vegetal carbon showed intermediate results, which were not satisfactory enough, in the COD removal. Also, the vegetal carbon showed an incompatible biomass in accordance with the expected anaerobic biomass. In others words, it can be inferred that, using this type of material, there was a selective biomass process in which an inappropriate biomass was selected. Finally, the recycled low-density polyethylene showed the less expressive results. However, because of its microbial characterization, it can be concluded that the polyethylene material has potential to be applied as a bed material in the sewage wastewater treatment. Nevertheless, a previous treatment physics-chemical must be applied in this kind of bed material to improve the physics-chemical properties such as porosity and surface area.
