Remoção de matéria orgânica e nitrogênio em filtros biológicos percoladores aplicados ao pós-tratamento de efluentes de reatores UASB

• Main Author: Paulo Gustavo Sertorio de Almeida
• Other Authors: Carlos Augusto de Lemos Chernicharo
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2012
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/ENGD-92JLUY

=== This work aimed to investigate the organic matter (OM) and nitrogen (N) removal in trickling filters post-UASB reactor (UASB/TF system) treating domestic wastewater. The experimental apparatus was comprised by a UASB reactor (16,8 m3) followed by two TFs (height: 1,85-1,90 m) in parallel. The natural ventilated biotowers (TFs) were filled with a vertical plastic media (Rotopack) and a sponge-based packing media (Rotosponge), respectively. The main difference between the two packing media was the presence of polyurethane sponge sheets for Rotosponge. For the operational conditions tested (10 m3.m-2.d-1; 0.30-0.60 kgDQO.m-3.d-1), the use of a sponge-based packing media reduced the probability of failure of the UASB/TF system (COD and TSS: from 20% to 1%; NH4+-N: from 50% to 3%). Because the presence of macrofauna (predators) within TF-Rotopack, the increase of nitrification rates and NH4+-N removals were not observed at low organic loadings (around 0.35 kgCOD.m-3.d-1). For TF-Rotosponge, the nitrification rates was compatible with NOx-N production, considering N-losses. The low intensity of AOB-DGGE bands at lower portions of the TF-Rotosponge reinforced the related reactional volume was not relevant for nitrification at lower organic loadings. N-removal was improved with sponge-based packing media, but still unstable. Because the low biodegradability of UASB effluent and high COD/N (0,25), recirculation (1:1) was not a good strategy for improvements in N-removal. Despite higher OLR led to greater N-removal, heterotrophic denitrification probably was not the only relevant process for N-removal. In terms of OM removal, we observed the operation of UASB/TF without secondary settlers was feasible, in which anaerobic sludge control is a key factor. The retention and consumption of solids within the sponges contributed to such operational simplification. In addition, because the potential for solids retention, we observed the sponge-based packing media improved the robustness of the UASB/TF in a hydraulic shock load event. The current stage of the research shows that a sponge-based packing media is important for enhancements in terms of effluent quality and operational simplification of UASB/TF systems. Furthermore, the new configuration of sponge-based packing media called Rotosponge can enhance the feasibility of scale-up UASB/TF treatment, including when retrofitting is necessary. In addition, to investigate and quantify relevant features related with OM and N removal in the TFs we develop a multispecies, multicomponent models. A detailed analysis using the mechanistic models will provide relevant information regarding the factors responsible for difference in performance between the TFs post-UASB reactors. === A pesquisa investigou a remoção de matéria orgânica e nitrogênio em sistemas UASB seguidos por filtros biológicos percoladores (FBP) utilizados no tratamento de efluentes de origem doméstica. O aparato experimental compreendia um reator UASB (16,8 m3) e 2 (dois) FBPs (1,85-1,90 m) em paralelo, como pós-tratamento do efluente do reator UASB. Um dos FBPs foi preenchido com meio suporte vertical plástico (Rotopack) e o outro com um meio suporte baseado em espumas de poliuretano (Rotosponge). Os respectivos materiais suportes possuíam configurações semelhantes, diferenciando-se apenas pela presença da espuma de poliuretano como material de constituição. Para as condições operacionais impostas (TAS 10 m3.m-2.d-1; CO 0,30-0,60 kgDQO.m-3.d-1), o uso de espumas de poliuretano reduziu as probabilidades de falha do sistema UASB/FBP (DQO e SST: de 20% para 1%; NH4+-N: de 50% para 3%). A redução de cargas orgânicas aplicadas (de 0,54 para 0,37 kgDQO.m-3.d-1) não resultou em aumento de eficiência e de taxas de nitrificação no FBP com meio vertical plástico pela presença de predadores. Para o FBP com espuma de poliuretano as taxas de nitrificação foram compatíveis com a produção de NOx-N e perdas de nitrogênio. No entanto, a redução da intensidade de bandas de DGGE no fundo do reator reforçou a menor relevância do referido volume reacional para a nitrificação, tendo em vista a limitação de substratos (NH4+-N; CaCO3) em porções inferiores do FBP. A remoção de nitrogênio total (NT), embora mais evidente no FBP com espumas de poliuretano, apresentou-se instável, e a desnitrificação heterotrófica pode não ter sido o único processo relevante. Remoções de NT mais expressivas foram observadas com cargas orgânicas mais elevadas (0,40 kgDBO.m-3.d-1) do que o observado na maior parte durante o período operacional (0,10-0,20 kgDBO.m-3.d-1 - 65% dos casos). Neste caso, a recirculação do efluente final não resultou em incremento de remoções de NT, um aspecto associado às elevadas relações N/DQO (0,25) e a menor biodegradabilidade do efluente do reator UASB. Contudo, a recirculação do efluente final atuou na manutenção de taxas máximas de nitrificação (150-200 gNH4+-N.m-3espuma.d-1). Ambos os sistemas UASB/FBP mostraram-se adequados para a operação sem decantadores secundários, em que a baixa perda de sólidos no efluente do reator UASB (40-80 mgSST.L-1) foi importante para a simplificação do sistema UASB/FBP. O consumo de componentes particulados na espuma de poliuretano atuou na melhoria de desempenho do sistema UASB/FBP, resultando em baixas concentrações efluentes de SST (20mgSST.L-1) e elevados níveis de confiabilidade (95-99%). Adicionalmente, o uso de espumas de poliuretano como meio suporte reduziu a influência de transientes hidráulicos para concentrações efluentes de DQOtotal, SST e NH4+-N, indicando maior robustez do sistema UASB/FBP-Rotosponge à elevações de vazão. Considerando os mecanismos associados às diferenças de desempenho dos sistemas UASB/FBP foi desenvolvido um modelo matemático multiespécie, multicomponente para a compreensão dos processos biológicos e futuro aprimoramento da tecnologia. Os resultados da pesquisa mostram que as condições operacionais impostas aos FBP pós-UASB e os aprimoramentos em termos de configuração e constituição de meio suporte com o uso de espumas de poliuretano foram importantes para a melhoria da qualidade do efluente final de sistemas UASB/FBP, considerando ainda a possibilidade de simplificação operacional da tecnologia com a eliminação da etapa de decantação secundária