Aerobic granular sludge system optimization strategies for Landfill leachate treatmentand co-treatment with domestic Sewage

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Silva, Vicente Elício Porfiro Sales Gonçalves da
Orientador(a): Santos, André Bezerra dos
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Reatores em batelada sequenciais
Lixiviado de aterro sanitário
Microbiologia molecular
lodo Granular Aeróbio
Link de acesso: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/72031
Resumo: Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
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Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.Although the Aerobic Granular Sludge (AGS) technology has been extensively studied and disseminated for domestic sewage and other more complex effluents, its application in the treatment of leachate from sanitary landfills is still very incipient and presents some problems such as high temporal demand for granulation, biomass loss, granules with small dimensions, granule disintegration and nitrite accumulation. Therefore, this work sought to optimize AGS systems for leachate treatment and co-treatment with sewage to minimize or eliminate these commonly reported problems. For this, the impact of real leachate on the granule formation process and on the composition of the microbial structure in conventional AGS systems was initially evaluated. Subsequently, several operational strategies combining oxic (O), anoxic (An), anaerobic (A) periods and step-feeding were evaluated from synthetic effluents with a C:N:P ratio similar to that of a real leachate. After defining the best strategies, the optimized reactor was used for the treatment of real leachate. In the initial investigation, the granulation process was evaluated from two dilutions of real leachate from the inoculum: R1 (25%) and R2 (50%) in 8-hour cycles. In both reactors, the time for granulation was high and there was low retention of solids. Although the granules produced were small (200–300 μm), in R2 the TN removals were greater, especially because it had organic matter available for a longer period of time during the cycle, since in this reactor the COD removal was lower. In addition to the insufficient removal of C, N and P in the two reactors, nitrite accumulation was observed throughout the operation, requiring optimization to reduce the main problems encountered, which corroborate the problems already reported in the literature. In the second investigation, the way in which the AGS systems were fed in 12-hour cycles was investigated. The strategies were: fast (R1), slow (R2) and anoxic/anaerobic step-feeding (R3). R3 showed the highest solids retention (3.4 g/L MLSS) and the best settling (SVI30 = 46.7 mL/g), while R2 had the worst biomass concentration (1.9 g/L MLSS) and the worst settleability (SVI30 = 132.3 mL/g). In addition, compared to fast (R1) and slow (R3) feeding, this staggered mode of operation achieved the best removals of total phosphorus (TP, 53%) and total nitrogen (TN, 92%) without any accumulation of nitrite or nitrate. COD removals were very similar in R2 and R3, but TN and TP removals were significantly higher in R3. In the third investigation, different cycle configurations were investigated: A/O (R1 and R2), O/An with conventional power and well- defined anoxic phase (R3), O/An with step-feeding and well-defined anoxic phase (R4), O/An (R5 and R6). The step-feeding continued to show the lowest biomass losses and the best reactor performance in terms of simultaneous removal of carbon, phosphorus and nitrogen, with a nitrification rate of 99% without nitrite accumulation. Interleaving feast/famine and anoxic periods minimized nitrite accumulation. O/An type reactors with well-defined anoxic phase had the largest granules, with a diameter of around 1mm. In these reactors, the presence of bacillus- dominated coccus is clearly observed, as well as a denser structure around the granule, keeping the microbial communities more aggregated. In contrast, the granules of the O/An type reactors without a well-defined anoxic phase (R5 and R6) were characterized by having empty spaces and cavities, which suggest internal fragmentation. It was also observed that Planctomycetota was the most abundant phylum in reactors with well-defined anoxic phase and step-feeding. Proteobacteria was the most abundant phylum in the anaerobic phase reactors (R1 and R2) and in the fast-feeding reactor (R6). In the final investigation, the leachate co-treatment with sewage occurred gradually in reactors with step-feeding (R1) and with conventional feeding (R2), both with alternating oxic/anoxic phases at the end of the cycle. It was possible to accomplish the domestic sewage co-treatment with leachate in AGS systems. However, feeding strategy, reactor configuration, and methanol supplementation played an important role in process stability and simultaneous carbon, nitrogen, and phosphorus removals. Step-feeding produced an aerobic granular biomass more compact and resistant, resulting in a better operational stability. Moreover, this strategy favored denitrification, especially during methanol supplementation, minimizing one of the main problems reported regarding leachate co- treatment in AGS systems. As a result, higher total nitrogen (TN) removals were obtained. At the end of the last period, in R1, Chemical Oxygen Dissolved (COD), TN, and Dissolved Organic Carbon (DOC) removals were 93%, and phosphorus removal was 54%, reaching values higher or similar to other AGS investigations with sewage, leachate, or co-treatment. Therefore, the presented results bring a good perspective for domestic sewage co-treatment with leachate and other types of industrial wastewater.Embora a tecnologia de Lodo Granular Aeróbio (LGA) tenha sido bastante estudada e difundida para esgotos domésticos e outros efluentes mais complexos, a sua aplicação no tratamento de lixiviados de aterros sanitários ainda é bastante incipiente e apresenta alguns problemas como alta demanda temporal para granulação, perda de biomassa, grânulos com pequenas dimensões, desintegração de grânulos e acúmulo de nitrito. Diante disso, este trabalho buscou otimizar sistemas LGA para o tratamento de lixiviado ou co-tratamento com esgoto doméstico com o objetivo de minimizar ou eliminar esses problemas comumente reportados. Para isso, diversas estratégias operacionais combinando períodos óxicos (O), anóxicos (An), anaeróbios (A) e alimentação escalonada foram avaliadas a partir de efluentes sintéticos com relação C:N:P similares a de um lixiviado real. Após definição das melhores estratégias, o reator otimizado foi utilizado para o tratamento de lixiviado real. Na investigação inicial, o processo de granulação foi avaliado a partir de duas diluições de lixiviado real desde o inóculo: R1 (25%) e R2 (50%) em ciclos de 8 horas. Nos dois reatores o tempo para granulação foi elevado e houve baixa retenção de sólidos. Apesar dos grânulos produzidos serem pequenos (200 – 300 μm), no R2 as remoções de TN foram maiores, especialmente por apresentar matéria orgânica disponível por mais tempo durante o ciclo, já que neste reator a remoção de COD foi menor. Além das remoções de C, N e P nos dois reatores serem insuficientes, foi observado acúmulo de nitrito durante toda a operação, sendo necessária uma otimização para reduzir os principais problemas encontrados, que corroboraram com os problemas já reportados na literatura. Na segunda investigação, foi investigada a forma de alimentação dos sistemas RBS-LGA em ciclos de 12 horas de duração. As estratégias foram: alimentação anóxica/anaeróbia rápida (R1), lenta (R2) e escalonada (R3). O R3 apresentou a maior retenção de sólidos (3,4 g/L MLSS) e a melhor sedimentabilidade (SVI30 = 46,7 mL/g), enquanto que o R2 apresentou a pior concentração de biomassa (1,9 g/L MLSS) e a pior sedimentabilidade (SVI30 = 132,3 mL/g). Além disso, em comparação com a alimentação rápida (R1) e lenta (R3), este modo de operação escalonada promoveu as melhores remoções de fósforo total (PT, 53%) e nitrogênio total (NT, 92%), sem nenhum acúmulo de nitrito ou nitrato. As remoções de DQO foram muito semelhantes em R2 e R3, mas as remoções de NT e PT foram significativamente maiores em R3. Na terceira investigação, diferentes configurações de ciclo foram investigadas: A/O (R1 e R2), O/An com alimentação convencional e fase anóxica bem definida (R3), O/An com alimentação escalonada e fase anóxica bem definida (R4), O/An (R5 e R6). A alimentação escalonada continuou apresentando as menores perdas de biomassa e a melhor performance dos reatores em termos de remoção simultânea de carbono, fósforo e nitrogênio, com taxa de nitrificação de 99% sem acúmulos de nitrito. A intercalação de períodos feast/famine e anóxicos minimizaram o acúmulo de nitrito. Reatores do tipo O/An com fase anóxica bem definida apresentaram os maiores grânulos, com diâmetro em torno de 1mm. Nestes reatores, a presença de cocos em dominância de bacilos é claramente observada, bem como uma estrutura mais densa ao redor do grânulo, mantendo as comunidades microbianas mais agregadas. Em contraste, os grânulos dos reatores do tipo O/An sem fase anóxica bem definida (R5 e R6) foram caracterizados por apresentarem espaços vazios e com cavidades, que sugerem fragmentação interna. Foi observado, também que Planctomycetota foi o filo mais abundante nos reatores com fase anóxica bem definida e alimentação escalonada. Proteobacteria foi o filo mais abundante nos reatores com fase anaeróbia (R1 e R2) e no reator com alimentação rápida (R6). Na investigação final, o co- tratamento do lixiviado ocorreu gradativamente em reatores com alimentação escalonada (R1) e com alimentação convencional (R2), ambos com alternância de fases óxica/anóxica ao final do ciclo. Foi possível realizar o co-tratamento de esgoto doméstico com lixiviado em sistemas AGS. No entanto, a estratégia de alimentação, a configuração do reator e a suplementação de metanol desempenharam um papel importante na estabilidade do processo e nas remoções simultâneas de carbono, nitrogênio e fósforo. A alimentação escalonada produziu uma biomassa granular aeróbia mais compacta e resistente, resultando em uma melhor estabilidade operacional. Além disso, esta estratégia favoreceu a desnitrificação, especialmente durante a suplementação de metanol, minimizando um dos principais problemas reportados no co- tratamento de lixiviado em sistemas AGS. Como consequência, maiores remoções de nitrogênio total (TN) foram obtidas. Ao final do último período, no R1, as remoções de COD, TN e DOC foram de 93%, e a remoção de fósforo foi de 54%, atingindo valores maiores ou semelhantes a outras investigações de AGS com esgoto, lixiviado ou co-tratamento. Portanto, os resultados apresentados trazem uma boa perspectiva para o co-tratamento de esgoto doméstico com lixiviado e outros tipos de efluentes industriais.Reatores em batelada sequenciaisLixiviado de aterro sanitárioMicrobiologia molecularlodo Granular AeróbioAerobic granular sludge system optimization strategies for Landfill leachate treatmentand co-treatment with domestic Sewageinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL2023_tese_vepsgsilva.pdf2023_tese_vepsgsilva.pdfapplication/pdf17793933http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/72031/1/2023_tese_vepsgsilva.pdf7166e46d3fe48c68908c58f78883baa3MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/72031/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52riufc/720312023-05-03 17:02:42.466oai:repositorio.ufc.br:riufc/72031Tk9URTogUExBQ0UgWU9VUiBPV04gTElDRU5TRSBIRVJFClRoaXMgc2FtcGxlIGxpY2Vuc2UgaXMgcHJvdmlkZWQgZm9yIGluZm9ybWF0aW9uYWwgcHVycG9zZXMgb25seS4KCk5PTi1FWENMVVNJVkUgRElTVFJJQlVUSU9OIExJQ0VOU0UKCkJ5IHNpZ25pbmcgYW5kIHN1Ym1pdHRpbmcgdGhpcyBsaWNlbnNlLCB5b3UgKHRoZSBhdXRob3Iocykgb3IgY29weXJpZ2h0Cm93bmVyKSBncmFudHMgdG8gRFNwYWNlIFVuaXZlcnNpdHkgKERTVSkgdGhlIG5vbi1leGNsdXNpdmUgcmlnaHQgdG8gcmVwcm9kdWNlLAp0cmFuc2xhdGUgKGFzIGRlZmluZWQgYmVsb3cpLCBhbmQvb3IgZGlzdHJpYnV0ZSB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gKGluY2x1ZGluZwp0aGUgYWJzdHJhY3QpIHdvcmxkd2lkZSBpbiBwcmludCBhbmQgZWxlY3Ryb25pYyBmb3JtYXQgYW5kIGluIGFueSBtZWRpdW0sCmluY2x1ZGluZyBidXQgbm90IGxpbWl0ZWQgdG8gYXVkaW8gb3IgdmlkZW8uCgpZb3UgYWdyZWUgdGhhdCBEU1UgbWF5LCB3aXRob3V0IGNoYW5naW5nIHRoZSBjb250ZW50LCB0cmFuc2xhdGUgdGhlCnN1Ym1pc3Npb24gdG8gYW55IG1lZGl1bSBvciBmb3JtYXQgZm9yIHRoZSBwdXJwb3NlIG9mIHByZXNlcnZhdGlvbi4KCllvdSBhbHNvIGFncmVlIHRoYXQgRFNVIG1heSBrZWVwIG1vcmUgdGhhbiBvbmUgY29weSBvZiB0aGlzIHN1Ym1pc3Npb24gZm9yCnB1cnBvc2VzIG9mIHNlY3VyaXR5LCBiYWNrLXVwIGFuZCBwcmVzZXJ2YXRpb24uCgpZb3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgdGhlIHN1Ym1pc3Npb24gaXMgeW91ciBvcmlnaW5hbCB3b3JrLCBhbmQgdGhhdCB5b3UgaGF2ZQp0aGUgcmlnaHQgdG8gZ3JhbnQgdGhlIHJpZ2h0cyBjb250YWluZWQgaW4gdGhpcyBsaWNlbnNlLiBZb3UgYWxzbyByZXByZXNlbnQKdGhhdCB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gZG9lcyBub3QsIHRvIHRoZSBiZXN0IG9mIHlvdXIga25vd2xlZGdlLCBpbmZyaW5nZSB1cG9uCmFueW9uZSdzIGNvcHlyaWdodC4KCklmIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uIGNvbnRhaW5zIG1hdGVyaWFsIGZvciB3aGljaCB5b3UgZG8gbm90IGhvbGQgY29weXJpZ2h0LAp5b3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgeW91IGhhdmUgb2J0YWluZWQgdGhlIHVucmVzdHJpY3RlZCBwZXJtaXNzaW9uIG9mIHRoZQpjb3B5cmlnaHQgb3duZXIgdG8gZ3JhbnQgRFNVIHRoZSByaWdodHMgcmVxdWlyZWQgYnkgdGhpcyBsaWNlbnNlLCBhbmQgdGhhdApzdWNoIHRoaXJkLXBhcnR5IG93bmVkIG1hdGVyaWFsIGlzIGNsZWFybHkgaWRlbnRpZmllZCBhbmQgYWNrbm93bGVkZ2VkCndpdGhpbiB0aGUgdGV4dCBvciBjb250ZW50IG9mIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uLgoKSUYgVEhFIFNVQk1JU1NJT04gSVMgQkFTRUQgVVBPTiBXT1JLIFRIQVQgSEFTIEJFRU4gU1BPTlNPUkVEIE9SIFNVUFBPUlRFRApCWSBBTiBBR0VOQ1kgT1IgT1JHQU5JWkFUSU9OIE9USEVSIFRIQU4gRFNVLCBZT1UgUkVQUkVTRU5UIFRIQVQgWU9VIEhBVkUKRlVMRklMTEVEIEFOWSBSSUdIVCBPRiBSRVZJRVcgT1IgT1RIRVIgT0JMSUdBVElPTlMgUkVRVUlSRUQgQlkgU1VDSApDT05UUkFDVCBPUiBBR1JFRU1FTlQuCgpEU1Ugd2lsbCBjbGVhcmx5IGlkZW50aWZ5IHlvdXIgbmFtZShzKSBhcyB0aGUgYXV0aG9yKHMpIG9yIG93bmVyKHMpIG9mIHRoZQpzdWJtaXNzaW9uLCBhbmQgd2lsbCBub3QgbWFrZSBhbnkgYWx0ZXJhdGlvbiwgb3RoZXIgdGhhbiBhcyBhbGxvd2VkIGJ5IHRoaXMKbGljZW5zZSwgdG8geW91ciBzdWJtaXNzaW9uLgo=Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2023-05-03T20:02:42Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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