Reator anaeróbio-aeróbio-nitrificante-anóxico (RAANA) com zonas biológicas sobrepostas, seguido de desinfecção: tratamento de esgoto sanitário para remoção de matéria orgânica, nitrogênio, sulfeto e microrganismos indicadores

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Bruno de Oliveira Freitas
Orientador(a): Luiz Antonio Daniel
Banca de defesa: Orlando de Carvalho Junior, Marcia Helena Rissato Zamariolli Damianovic, Gustavo Henrique Ribeiro da Silva, Theo Syrto Octavio de Souza
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade de São Paulo
Programa de Pós-Graduação: Engenharia (Hidráulica e Saneamento)
Departamento: Não Informado pela instituição
País: BR
Link de acesso: https://doi.org/10.11606/T.18.2020.tde-05082021-170812
Resumo: O presente trabalho apresenta o sistema de tratamento de esgoto sanitário composto por Reator Anaeróbio-Aeróbio-Nitrificante-Anóxico (RAANA), com zonas sobrepostas, seguido de desinfecção/oxidação por ácido peracético (APA) e cloro. O principal objetivo foi avaliar o tratamento de esgoto sanitário, para remoção de matéria orgânica, nitrogênio e compostos odoríferos, seguido de desinfecção/oxidação. O estudo foi desenvolvido em RAANA piloto. Para avaliar a desinfecção/oxidação os ensaios foram desenvolvidos em batelada e fluxo contínuo. O RAANA tinha o volume útil de 364 L e foi operado com vazões de 20 e 25 L.h-1, com tempos de detenção hidráulico (TDH) de 18,19 e 14,55 h, respectivamente. O RAANA foi monitorado em 3 fases, (i) Fase 1 com vazão 20 L.h-1 com adição de etanol para desnitrificação sem recirculação do biogás na zona anóxica, (ii) Fase 2 com vazão 25 L.h-1 com adição limitada de etanol para desnitrificação, com recirculação do biogás na zona anóxica e (iii) Fase 3 com vazão 25 L.h-1 sem adição de etanol, com recirculação do biogás na zona anóxica para desenvolver a desnitrificação mixotrófica. Os tratamentos visando a oxidação/desinfecção foram efetuados com doses de 5, 10 e 15mg.L-1 para APA e cloro, os tempos de contato de 5, 10 e 15min, totalizaram 9 testes. A carga orgânica volumétrica removida foi de 0,5±0,1 kgDQO.m-3.d-1 (Fase 1), 0,4±0,1 kgDQO.m-3.d-1 (Fase 2) e de 0,6±0,1 kgDQO.m-3.d-1 (Fase 3). A remoção global de DQO no RAANA foi de 91,6±3,3%, 86,5±4,0% e 89,8±2,6%, para Fase 1, 2 e 3, respectivamente. A carga de nitrogênio removida por área de meio suporte na zona aeróbia foi de 0,7±0,2 gN.m-2.d-1 (Fase 1), 0,9±0,2 gN.m-2.d-1 (Fase 2) e 0,9±0,2 gN.m-2.d-1 (Fase 3). Para zona anóxica a remoção foi de 0,3±0,2 gN.m-2.d-1 (Fase 1), 0,4±0,1g N.m-2.d-1 (Fase 2) e 0,05±0,02 gN.m-2.d-1 (Fase 3). A remoção global de Nitrogênio Total foi de 49,4±14,1%, 52,1±8,1% e 31,4±5,7% para Fase 1, 2 e 3, respectivamente. A oxidação de sulfeto de hidrogênio na zona aeróbia foi de 99,6±0,5% (Fase 1), 99,65±0,1% (Fase 2) e 99,79±0,2% (Fase 3). A remoção de sulfeto de hidrogênio presente no biogás na zona anóxica foi de 88,9±7,2% (Fase 1), 96,6±1,9% (Fase 2) e 96,2±3,0% (Fase 3). Para os ensaios de desinfecção o melhor resultado entre os tratamentos em batelada usando APA foi de 4,3 log para E. coli e 3,3 log para coliformes totais. No ensaio de fluxo contínuo foi de 3,0 log para E. coli e 3,5 log para coliformes totais. O melhor resultado entre os tratamentos em batelada com cloro foi de 4,7 log para E. coli e 4,7 log para coliformes totais. No ensaio de fluxo contínuo foi de 2,5 log para E. coli e 2,7 log para coliformes totais. O menor número de microrganismo com APA em batelada foi de 1,0x101 e 2,7x102 (UFC/100mL) para E. coli e coliformes totais, em fluxo contínuo foi de 1,0x102 e 3,0x102 (UFC/100mL) para E. coli e coliformes totais. O menor número em batelada com cloro foi de 4,5x100 e 2,6x102 (UFC/100mL) para E. coli e coliformes totais, em fluxo contínuo foi de 6,0x101 e 1,0x103 (UFC/100mL) para E. coli e coliformes totais, respectivamente. O melhor resultado para oxidação química do sulfeto foi de 79,4% com APA e 85,9% com o cloro. As concentrações médias no efluente do RAANA foram de 103±59 mgDQOt.L-1, 18,2±9,2 mgN-NH4+.L-1 e 0,01±0,01 mgS-H2S.L-1. A partir dos resultados obtidos concluiu-se que o RAANA, seguido da desinfecção é uma alternativa viável para tratamento conjunto do esgoto sanitário e biogás.
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spelling info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis Reator anaeróbio-aeróbio-nitrificante-anóxico (RAANA) com zonas biológicas sobrepostas, seguido de desinfecção: tratamento de esgoto sanitário para remoção de matéria orgânica, nitrogênio, sulfeto e microrganismos indicadores Anaerobic-aerobic-nitrification-anoxic (AANAR) reactor with overlaid zones and effluent disinfection: sewage treatment for organic matter, nitrogen, sulfide and microorganisms removal 2020-08-07Luiz Antonio DanielOrlando de Carvalho JuniorMarcia Helena Rissato Zamariolli DamianovicGustavo Henrique Ribeiro da SilvaTheo Syrto Octavio de SouzaBruno de Oliveira FreitasUniversidade de São PauloEngenharia (Hidráulica e Saneamento)USPBR Ação oxidante-desinfetante Autotrophic denitrification Biogas treatment Combined biological zones Desnitrificação autotrófica Modified phase separator Oxiding-disinfection action Pilot-scale reactor Reator piloto Separador de fases modificado Tratamento do biogás Zonas biológicas combinadas O presente trabalho apresenta o sistema de tratamento de esgoto sanitário composto por Reator Anaeróbio-Aeróbio-Nitrificante-Anóxico (RAANA), com zonas sobrepostas, seguido de desinfecção/oxidação por ácido peracético (APA) e cloro. O principal objetivo foi avaliar o tratamento de esgoto sanitário, para remoção de matéria orgânica, nitrogênio e compostos odoríferos, seguido de desinfecção/oxidação. O estudo foi desenvolvido em RAANA piloto. Para avaliar a desinfecção/oxidação os ensaios foram desenvolvidos em batelada e fluxo contínuo. O RAANA tinha o volume útil de 364 L e foi operado com vazões de 20 e 25 L.h-1, com tempos de detenção hidráulico (TDH) de 18,19 e 14,55 h, respectivamente. O RAANA foi monitorado em 3 fases, (i) Fase 1 com vazão 20 L.h-1 com adição de etanol para desnitrificação sem recirculação do biogás na zona anóxica, (ii) Fase 2 com vazão 25 L.h-1 com adição limitada de etanol para desnitrificação, com recirculação do biogás na zona anóxica e (iii) Fase 3 com vazão 25 L.h-1 sem adição de etanol, com recirculação do biogás na zona anóxica para desenvolver a desnitrificação mixotrófica. Os tratamentos visando a oxidação/desinfecção foram efetuados com doses de 5, 10 e 15mg.L-1 para APA e cloro, os tempos de contato de 5, 10 e 15min, totalizaram 9 testes. A carga orgânica volumétrica removida foi de 0,5±0,1 kgDQO.m-3.d-1 (Fase 1), 0,4±0,1 kgDQO.m-3.d-1 (Fase 2) e de 0,6±0,1 kgDQO.m-3.d-1 (Fase 3). A remoção global de DQO no RAANA foi de 91,6±3,3%, 86,5±4,0% e 89,8±2,6%, para Fase 1, 2 e 3, respectivamente. A carga de nitrogênio removida por área de meio suporte na zona aeróbia foi de 0,7±0,2 gN.m-2.d-1 (Fase 1), 0,9±0,2 gN.m-2.d-1 (Fase 2) e 0,9±0,2 gN.m-2.d-1 (Fase 3). Para zona anóxica a remoção foi de 0,3±0,2 gN.m-2.d-1 (Fase 1), 0,4±0,1g N.m-2.d-1 (Fase 2) e 0,05±0,02 gN.m-2.d-1 (Fase 3). A remoção global de Nitrogênio Total foi de 49,4±14,1%, 52,1±8,1% e 31,4±5,7% para Fase 1, 2 e 3, respectivamente. A oxidação de sulfeto de hidrogênio na zona aeróbia foi de 99,6±0,5% (Fase 1), 99,65±0,1% (Fase 2) e 99,79±0,2% (Fase 3). A remoção de sulfeto de hidrogênio presente no biogás na zona anóxica foi de 88,9±7,2% (Fase 1), 96,6±1,9% (Fase 2) e 96,2±3,0% (Fase 3). Para os ensaios de desinfecção o melhor resultado entre os tratamentos em batelada usando APA foi de 4,3 log para E. coli e 3,3 log para coliformes totais. No ensaio de fluxo contínuo foi de 3,0 log para E. coli e 3,5 log para coliformes totais. O melhor resultado entre os tratamentos em batelada com cloro foi de 4,7 log para E. coli e 4,7 log para coliformes totais. No ensaio de fluxo contínuo foi de 2,5 log para E. coli e 2,7 log para coliformes totais. O menor número de microrganismo com APA em batelada foi de 1,0x101 e 2,7x102 (UFC/100mL) para E. coli e coliformes totais, em fluxo contínuo foi de 1,0x102 e 3,0x102 (UFC/100mL) para E. coli e coliformes totais. O menor número em batelada com cloro foi de 4,5x100 e 2,6x102 (UFC/100mL) para E. coli e coliformes totais, em fluxo contínuo foi de 6,0x101 e 1,0x103 (UFC/100mL) para E. coli e coliformes totais, respectivamente. O melhor resultado para oxidação química do sulfeto foi de 79,4% com APA e 85,9% com o cloro. As concentrações médias no efluente do RAANA foram de 103±59 mgDQOt.L-1, 18,2±9,2 mgN-NH4+.L-1 e 0,01±0,01 mgS-H2S.L-1. A partir dos resultados obtidos concluiu-se que o RAANA, seguido da desinfecção é uma alternativa viável para tratamento conjunto do esgoto sanitário e biogás. The present research studied the wastewater treatment by an Anaerobic-Aerobic-Nitrification-Anoxic (AANAR) Reactor with overlaid zones, followed by disinfection/oxidation process using chlorine or peracetic acid. This research aimed to assess the removal of organic matter, nitrogen, hydrogen sulfide and indicator bacteria by the proposed treatment process. The AANAR was projected with a volume of 364L and was operated with flow of 20 L.h-1 and 25L.h-1 which resulted in hydraulic retention times (HRT) of 18.19h and 14.55h. The AANAR was operated in three different phases: (i) Wastewater flow of 20 L.h-1 using ethanol supplementation to the denitrification process and no biogas recirculation on the anoxic zone; (ii) Wastewater flow of 25L.h-1 using ethanol supplementation to the denitrification process and biogas recirculation on the anoxic zone and (iii) Wastewater flow of 25L.h-1 with biogas recirculation on the anoxic zone and no ethanol supplementation. The oxidation/disinfection process was carried out in batch tests using different disinfectant doses (5, 10 and, 15mg.L-1) and contact times (5, 10 and, 15 min). The volumetric organic load removal was 0.5±0.1 kgtCOD.m-3.d-1 for phase 1, 0.4±0.1 kgtCOD.m-3.d-1 for phase 2, and 0.6±0.1 kgtCOD.m-3.d-1 for phase 3. The COD removals were 91.6±3.3, 86.5±4.0, and 89.8±2.6% for the phase 1, 2, and 3, respectively. The surface nitrogen load removals in the aerobic zone were 0.7±0.2 gN.m-2.d-1 for phase 1, 0.9±0.2 gN.m-2.d-1 for phase 2 and, 0.9±0.2 gN.m-2.d-1 for phase 3. The nitrogen load removals in the anoxic zone were 0.3±0.2 gN.m-2.d-1 for phase 1, 0.9±0.2 gN.m-2.d-1 for phase 2 and, 0.9±0.2 gN.m-2.d-1 for phase 2. The global nitrogen removals were 49.4±14.1, 52.1±8.1 and, 31.4±5.7 % for the phase 1, 2, and 3, respectively. The hydrogen sulfide removals in the aerobic zone were 99.6±0.5% for phase 1, 99.65±0.1% for phase 2, and 99.79±0.2% for phase 3. The hydrogen sulfide removals in the anoxic zone due to the biogas treatment were 88.9±7.2% for phase 1, 96.6±1.9% for phase 2, and 96.2±3.0% for phase 3. The best results using peracetic acid were 4.3 log for E. coli and 3.3 log for total coliform in the batch tests and, 3.3 log for E. coli and 3.5 log for total coliform in the continuous flow tests. The best results using chlorine were 4.7 log for E. coli and 4.7 log for total coliform in the batch tests and 2.5 log for E. coli and 2.7 log for total coliform in the continuous flow tests. The number of microorganisms using peracetic acid were 1.0x101 and 2.7x102 (CFU/100mL) for E. coli and total coliform in the batch tests and, 1.0x102 and 3.0x102 (CFU/100mL) for E. coli and total coliform in the continuous flow tests. The number of microorganisms using chlorine were 4.5x100 and 2.6x102 (CFU/100mL) for E. coli and total coliform in the batch tests and, 6.0x101 and 1.0x103 (CFU/100mL) for E. coli and total coliform in the continuous flow tests. The best results for sulfide removal were 79.4 and 85.9 % for peracetic acid and chlorine, respectively. The mean effluent quality was 103±59 mgtCOD.L-1, 18.2±9.2 mgNH4+-N.L-1 and 0.01±0.01 mgH2S-S.L-1. These results proved that the AANAR followed by disinfection (APA or chlorine) is an alternative for domestic wastewater and biogas treatment. https://doi.org/10.11606/T.18.2020.tde-05082021-170812info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USP2023-12-21T18:16:29Zoai:teses.usp.br:tde-05082021-170812Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212021-08-17T21:17:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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Bruno de Oliveira Freitas
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