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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/51451| Tipo: | Tese |
| Título: | Aerobic granular sludge: formation/maintanance, system optimization and resource recovery possibilities |
| Autor(es): | Rollemberg, Silvio Luiz de Sousa |
| Orientador: | Santos, André Bezerra dos |
| Coorientador: | Firmino, Paulo Igor Milen |
| Palavras-chave: | Saneamento;Estação de tratamento de esgoto;Lodo de esgoto;Resource recovery;Aerobic granular sludge;Wastewater treatment |
| Data do documento: | 2020 |
| Citação: | ROLLEMBERG, S. L. de S. Aerobic granular sludge: formation/maintanance, system optimization and resource recovery possibilities. 2020. 159 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020. |
| Resumo: | Embora a tecnologia de lodo granular aeróbio (LGA) tenha sido descoberta há mais de duas décadas e esteja presente tanto em novos projetos de estações de tratamento de esgoto (ETEs) quanto em adaptações de sistemas de tratamento existentes, na maioria lodo ativado, muitos reatores LGA em escala plena têm apresentado problemas operacionais, sendo a maioria relacionada com a instabilidade dos grânulos quando submetidos a longos períodos de operação (desintegração). Este trabalho foi desenvolvido com foco em ampliar o entendimento dos processos de formação, manutenção e estabilidade dos grânulos aeróbios, otimizações nos reatores de LGA e avaliação da recuperação de recursos a partir da biomassa formada. No primeiro estudo, foi observado, por meio de testes respirométricos, que, enquanto os flocos de lodos ativados apresentaram taxa de produção celular de 0,6 g SSV/g DQO, a biomassa granular aeróbia apresentou valor médio de 0,35 g SSV/g DQO, mostrando seu menor potencial de geração de lodo. No segundo estudo, foi avaliado o efeito de diferentes fontes de carbono (acetato, etanol e glicose) na formação, manutenção e composição microbiana dos grânulos. Foi observado que os grânulos cultivados com acetato apresentaram diâmetro médio superior a 1,5 mm, além de elevadas remoções de DQO (> 90%), N-NH4 + (> 90%), NT (≈ 75%) e PT (≈ 40%). No entanto, observou-se desintegração parcial dos grânulos. Os grânulos cultivados com etanol se mantiveram estáveis ao longo do experimento com remoções próximas às verificadas com acetato. Na presença de glicose, muitos grupos microbianos (principalmente os filamentosos) a utilizaram como fonte de carbono e energia, dificultando, assim, o processo de granulação. No terceiro estudo, observou-se que o RBS convencional proporcionou a formação de grânulos com diâmetro médio superior a 1 mm, com ótima sedimentabilidade (SVI30 < 43mL/g) e alta relação PN/PS (> 1). Por outro lado, o RBS operado com alimentação e descarte simultâneos resultou em grânulos de diâmetros menores (0,8 mm) e com sedimentabilidade inferior. Todavia, foram observadas várias vantagens nesse tipo de reator, como: maior remoção de DQO, NT e PT, além de elevadas concentração de sólidos voláteis no reator (> 7 g/L). No quarto estudo, avaliou-se o efeito da distribuição dos ciclos sobre a formação e estabilidade dos grânulos aeróbios. Verificou-se que os reatores do tipo A/O (fases anaeróbia e aeróbia) com elevado percentual de fase aeróbia (65% do tempo total do ciclo) formaram grânulos resistentes e com melhor sedimentabilidade, todavia a desnitrificação era afetada. Por outro lado, reatores do tipo A/O/A (fases anaeróbia, aeróbia e anóxica) com fases anaeróbias e anóxicas longas apresentaram ótimo desempenho na remoção de nutrientes, porém os grânulos formados eram pouco densos e instáveis. A otimização, em termos de performance do sistema e estabilidade dos grânulos, foi alcançada em um reator do tipo A/O/A com a adição de uma curta fase anóxica (10% do ciclo total) e duração média da fase aeróbia de 55% do ciclo total, resultando em eficiências de DQO, NT e PT acima de 90, 80 e 70%, respectivamente. No quinto estudo, foi avaliada a aplicação da tecnologia de LGA no tratamento de esgoto doméstico em escala piloto. Consistia de um sistema do tipo A/O/A com tempo total de ciclo de 6 h, distribuídos em 35 min (alimentação anaeróbia), 89 min (reação anaeróbia), 197 min (reação aeróbia), 18 min (reação anóxica) e 5 min (sedimentação), operado como RBS convencional. Os resultados mostraram remoções de DQO, DBO, NH4 + e PO4 3- próximas a 90%. Nesse mesmo estudo, mas com o olhar na recuperação de recursos a partir do lodo excedente, observou-se uma concentração de fósforo de 0,020 g P/g SSV, exopolissacarídeos similares a alginato (ALE, alginate-like exopolysaccharides) de 0,219 g ALE/g SSV e triptofano (TRY) de 0,048 g TRY/g SSV. Por fim, avaliou-se no sexto estudo, mas em escala laboratorial, o efeito das condições operacionais do LGA na produção de recursos (TRY e ALE). Foi verificado que a redução da fase aeróbia (de 265 para 225 min) e consequente redução do período de famine favoreceu um aumento na produção dos subprodutos estudados (251,7 ± 16,8 mg ALE/g SSV e 50,4 ± 2,8 mg TRY/g SSV) com manutenção dos grânulos estáveis. Observou-se que as condições operacionais do reator (idade de lodo, distribuição dos ciclos) influenciam fortemente na produção de TRY e ALE. Por fim, notou-se, nesse estudo inicial, que, embora a recuperação de TRY seja possível, este não apresentou viabilidade do ponto de vista técnico-econômico, pois, além da produção de ALE ser significativamente superior, este também possui maior valor agregado comercial. |
| Abstract: | Even though the aerobic granular sludge (AGS) technology has been used for more than two decades in both new and upgraded wastewater treatment plants (WWTPs), most of them being activated sludge systems, a great number of real-scale AGS plants have operational problems. These issues are related to instability in long-term operation, especially disintegration of the aerobic granules. This work aimed to improve the knowledge about the formation, maintenance, and stability of aerobic granules, AGS reactor optimization, and recovery of by-products from the discharged biomass. The first study, conducted by respirometer tests, revealed that, while activated sludge flocs (ASF) had a yield coefficient (Y) of 0.6 g VSS/g COD, AGS had a Y average of 0.35 g VSS/g COD, which shows that AGS has lower potential to produce sludge than ASF. In the second study, the effect of different carbon sources (acetate, ethanol, and glucose) was evaluated on the formation, maintenance and microbial composition of the granule. Acetate led to high COD (> 90%), NH4 +-N (> 90%), TN (≈ 75%) and TP (≈ 40%) removals and to the formation of microbial aggregates with diameters greater than 1.5 mm. However, partial disintegration of the granules occurred. The reactor fed with ethanol remained stable through the experiment, and the removal efficiencies were similar to those obtained with acetate. In the presence of glucose, many microbial groups used it as a carbon source, especially filamentous microorganisms, which hindered the granulation process. During the third study, a conventional sequencing batch reactor (SBR) provided granules with an average diameter greater than 1 mm, excellent sedimentability (SVI30 < 43 mL/g) and high PN/PS ratio (> 1). On the other hand, simultaneous fill/draw mode SBR resulted in granules with a smaller diameter (0.8 mm) and worst sedimentability. Nevertheless, the latter operation has some advantages, such as high COD, TN and TP removals, and a large amount of volatile solids inside the reactor (> 7 g/L). In the fourth study, the effect of cycle distribution was assessed on the formation and stability of the aerobic granules. Reactors operated with A/O (anaerobic/oxic) phases with a high percentage of oxic phase, approximately 65%, formed more resistant granules and with better sedimentability, however denitrification was affected. In contrast, reactors operated with A/O/A (anaerobic, oxic and anoxic) phases, especially using long anaerobic and anoxic periods, had great nutrients removal, even though the granules were less dense and stable. The optimization in terms of system performance and granules stability was achieved in an A/O/A reactor with a small anoxic period (10% of total cycle) and 55% of oxic period, resulting in COD, TN, and TP removals above 90%, 80%, and 70%, respectively. The fifth study evaluated the applicability of the AGS technology in a pilot-scale unit treating domestic sewage. The SBR was operated in A/O/A cycle of 6 h divided in anaerobic filling (35 min), followed by anaerobic (89 min), oxic (197 min), anoxic (18 min), and settling (5 min) periods. Removals of COD, BOD, NH4 +, and PO4 3- were close to 90%. In this same study, aiming to evaluate the resource recovery possibility from the discharged sludge, it was found a concentration of phosphorus of 0.020 g P/g VSS, alginate-like exopolysaccharides (ALE) of 0.219 g ALE/g VSS and tryptophan (TRY) of 0.048 g TRY/g VSS. Finally, on a laboratory scale, the effect of operational conditions was evaluated to maximize TRY and ALE yields. The reduction of the aerobic period from 265 to 225 min and, consequently, a famine period decrease favored the formation of these by-products (251.7 ± 16.8 mg ALE/g SSV e 50.4 ± 2.8 mg TRY/g SSV), and also resulted in the formation of a very stable granule. Therefore, the operational conditions, such as sludge retention time (SRT) and cycle distribution, strongly influenced by-products formation. Lastly, this study showed that, although the recovery of TRY was possible, it had neither technical nor economic viability. Besides, ALE production was significantly higher and has a greater value-added. |
| URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/51451 |
| Aparece nas coleções: | DEHA - Teses defendidas na UFC |
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