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Tipo: Dissertação
Título: Tratamento da água residuária de suinocultura utilizando processos biológicos anaeróbios e microaerobios em reatores de alta taxa
Autor(es): Oliveira, Maurício Guimarães de
Orientador: Pereira, Erlon Lopes
Palavras-chave: Microaeração;Hidrólise;Metano;Matéria orgânica particulada
Data do documento: 2021
Citação: OLIVEIRA, Maurício Guimarães de. Tratamento da água residuária de suinocultura utilizando processos biológicos anaeróbios e microaerobios em reatores de alta taxa. 2021. 78 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental, Fortaleza, 2021.
Resumo: A alta demanda de alimentos transformou a atividade de suinocultura, nas últimas décadas, em uma indústria intensiva, resultando em grandes quantidades de produção de água residuária suinocultura (ARS). Um efluente que possui elevados teores de matéria orgânica, sólidos suspensos, nutrientes e considerável carga microbiana, além de resíduos de antibióticos e hormônios. Os reatores anaeróbios de manta de lodo de fluxo ascendente (UASB), dentre tecnologias que utilizam a digestão anaeróbia, representam um processo amplamente utilizado no tratamento de águas residuais de suinocultura. Durante o tratamento da ARS em reatores UASB, o aprimoramento da hidrólise é fundamental para solubilizar esses substratos complexos em substratos orgânicos simples para posterior conversão da mesma em metano. Assim, neste estudo, avaliou-se o desempenho de um reator UASB e um reator microaeróbio de manta de lodo de fluxo ascendente (UMSB) operando sob as mesmas condições de alimentação (DQO = 5 gO2 L-1), cargas orgânicas volumétricas (COV = 10,4 ± 0,9 kgDQO m-3 d-1) e TDH (12 h) no tratamento da água residuária de suinocultura. Com foco princiapal na hidrólise e produção volumétrica de metano. Para tal, foram avaliadas as remoções de parâmetros relacionados a matéria orgânica particulada (DQOP, DBO520°CP, SSV, DQOT, DBO520°CT); o volume e composição do biogás produzido pelos reatores, produção e evolução da biomassa e comunidade microbiológica dos lodos. Além da realização de testes de AME, com o intuito de analisar o desempenho dos lodos na degradação de amido, glicose e solução de AGVs, com intuito de avaliar as atividades hidrolítica, acidogênica e acetogênica/metanogênica, respectivamente. O estudo foi dividido em duas partes. Na primeira parte foi avaliada o efeito da microaeração na taxa de hidrólise dos reatores. Onde se comparou o desempenho de um reator UASB (denominado R1) e um reator UMSB (denominado R2) com microaeração 11,3 mlAr min-1 (0,5 LO2 Lalimentação-1 d-1) no tratamento de ARS. Nessa primeira parte, o reator UMSB tratando água residuária da suinocultura obteve melhor desempenho. No estado estacionário, o reator removeu em média 74,5 ± 3,2 % da DQOT. O principal advento do reator foi sua remoção de matéria orgânica particulada em decorrência da alta remoção de SSV (79,4 ± 4,6 %). Nos testes de AME o lodo microaerobio (R2) apresentou atividade hidrolíticas e acetogênicas/metanogênicas superiores ao lodo inóculo e lodo anaeróbio. A avaliação microbiológica de R2 revelou a presença de grupos, como o Clostridium sensu stricto 1 e o Brachymonas, importantes constituintes da microbiota responsável pela digestão anaeróbia de substratos complexos. Na segunda parte do experimento, utilizando os mesmos parâmetros operacionais (DQO afluente, COV, TDH), foram analisados os efeitos de diferentes doses de microaeração no reator UMSB: 2,0; 3,8; 5,6 mlAr min-1 (0,09; 0,17; 0,25 LO2 Lalimentação-1 d-1, respectivamente). Nessa segunda fase, o processo microaeróbio mostrou os melhores resultados ao ser operado com dose de microaeração de 3,8 mLAR min-1, remoção de matéria orgânica em termos de SSV, DQOT, DQOP, DBOT e DBOP de 85,0 ± 3,5 %, 83,2 ± 2,7 %, 86,9 ± 3,7 %, 85,3 ± 1,9 %, 87,8 ± 1,9 %, respectivamente. A Dose de microaeração de 5,6 mLAr min-1 propiciou uma produção volumétrica do metano atingindo valores médios de 5 LCH4 d-1. Os resultados indicaram que com a dose de microaeração correta é possível obter em um reator microaeróbio maiores taxas de hidrólise da matéria orgânica particulada, maior eficiência de remoção da matéria orgânica presente (DQO, DBO e SSV) e produção volumétrica de metano, quando comparado ao processo anaeróbio estrito.
Abstract: The high demand for food has transformed the pig farming activity in the last decades into an intensive industry. This results in large quantities of swine wastewater (SWW) production. An effluent that has high levels of organic matter, suspended solids, nutrients and considerable microbial load, in addition to antibiotic and hormone residues. The upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, among technologies that use anaerobic digestion, represent a process widely used in the treatment of swine wastewater. During SWW treatment in UASB reactors, the improvement of hydrolysis is fundamental to solubilize these complex substrates into simple organic substrates for later conversion into methane. Thus, in this study, the performance of an UASB reactor and a upflow microaerobic sludge blanket (UMSB) reactor operating under the same feeding conditions (COD = 5 gO2 L-1), organic loading rates (COV = 10,4 ± 0,9 COD m-3 d-1) and HRT (12 h) in the treatment of SWW was evaluated. With a main focus on hydrolysis and volumetric production of methane. For this purpose, the removal of parameters related to particulate organic matter (CODP, BOD520°CP, VSS, CODT, BOD520°CT) were evaluated; the volume and composition of biogas produced by the reactors, production and evolution of biomass and microbiological community of sludge. In addition, SMA tests were performed in order to analyze the performance of sludge in the degradation of starch, glucose and VFAs solution, in order to evaluate hydrolytic, acidogenic and acetogenic/methanogenic activities, respectively. The study was divided in two parts. In the first part the effect of microaeration on the hydrolysis rate of the reactors was evaluated. Where the performance of a UASB reactor (called R1) and a UMSB (called R2) reactor with 11.3 mLAir min-1 (0,5 LO2 Lfeed-1 d-1) as dose of microaeration was compared during the SWW treatment. In this first part, the UMSB reactor treating SWW obtained better performance. In the stationary state, the reactor removed on average 74.5 ± 3.2 % of CODT. The main advent of the reactor was its removal of particulate organic matter due to the high removal of VSS (79.4 ± 4.6 %). In SMA tests the microaerobic sludge presented higher hydrolytic and acetogenic/methanogenic activity than inoculum and anaerobic sludge. The microbiological evaluation of UMSB reactor revealed the presence of groups such as Clostridium sensu stricto 1 and Brachymonas, important constituents of the microbiota responsible for the anaerobic digestion of complex substrates. In the second part of the experiment, using the same operational parameters (inffluent COD, OLR, HRT), the effects of different doses of microaeration on the UMSB reactor: 2.0, 3.8, 5.6 mlAirmin-1 (0,09; 0,17; 0,25 LO2 Lfeed-1 d-1, respectively) were analyzed. In this second phase, the microaerobic process showed the best results when operated with a microaeration dose of 3.8 mLAir min-1, removal of organic matter in terms of VSS, CODT, CODP, BOD520°CT and BOD520°CP of 85.0 ± 3.5 %, 83.2 ± 2.7 %, 86.9 ± 3.7 %, 85.3 ± 1.9 %, 87.8 ± 1.9 %, respectively. The microaeration dose of 5.6 mLAir min-1 provided a volumetric production of methane reaching average values of 5 LCH4 d-1. The results indicated that, with the correct microaeration dose, it is possible to obtain in a microaerobic reactor higher rates of hydrolysis of particulate organic matter, greater removal efficiency of the organic matter present (COD, BOD and VSS) and volumetric methane production, when compared to strict anaerobic process.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/57157
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