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Título: Influência de temperaturas baixas no desempenho de reator anaeróbio híbrido para tratamento de esgoto sanitário
Título(s) alternativo(s): Influence of low temperatures on the performance of a hybrid anaerobic reactor for domestic sewage treatment
Autor(es): Oliveira, Pedro Hamilton
Orientador(es): Passig, Fernando Hermes
Palavras-chave: Águas residuais - Purificação - Tratamento anaeróbico
Biogás
Baixa temperatura - Pesquisa
Temperatura atmosférica - Avaliação
Águas residuais - Purificação - Efeito da temperatura
Esgotos
Sewage - Purification - Anaerobic treatment
Biogas
Low temperature research
Atmospheric temperature - Evaluation
Sewage - Purification - Effect of temperature on
Sewerage
Data do documento: 26-Abr-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: OLIVEIRA, Pedro Hamilton. Influência de temperaturas baixas no desempenho de reator anaeróbio híbrido para tratamento de esgoto sanitário. 2023. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023.
Resumo: O uso de reatores anaeróbios híbridos (HUASB) para o tratamento de efluentes em regiões de clima quente vem sendo muito estudado nas últimas décadas, ainda assim, carecem trabalhos sobre a eficiência desses reatores em regiões de clima frio. Com efeito, ambientes de clima temperado representam um desafio, visto que a digestão anaeróbia, realizada por arqueias e bactérias, responsável pela remoção de matéria orgânica nos HUASB, tem seu funcionamento alterado, devido ao metabolismo desses micro-organismos. Este trabalho visa analisar o funcionamento de um HUASB, em escala piloto, com temperaturas baixas em ambiente controlado. O reator, alimentado por efluente doméstico sintético (Afl), foi construído em vidro, com as dimensões de 1,00 m x 0,12 m x 0,20 m, dois separadores trifásicos e volume útil de 22,10 L, material filtrante composto por tubos corrugados de PVC. Por meio de Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), foram estabelecidas 10 etapas de funcionamento, com temperaturas de 4,13, 6,00, 10,50, 15,00 e 16,86 °C e TDH de 7,17, 8,00, 10,00, 12,00 e 12,82 h. Para avaliar o desempenho do reator, analisaram-se os parâmetros de pH, temperatura, alcalinidade total (AT), ácidos voláteis (AV), redução da demanda química de oxigênio bruta (DQOb), turbidez, sulfato e produção de biogás. A carga orgânica volumétrica (COV) do Afl, durante os 150 dias de operação, variou entre 1,0 (± 0,0) e 1,9 (± 0,1) kgDQO.m-3.d-1, devido aos diferentes TDH, com uma DQOb média de 525 (± 57) mg.L-1. O pH, a AT e os AV do Afl, apresentaram as respectivas médias de 7,7 (± 0,3), 162 (± 6) mgCaCO3.L-1 e 43 (± 18) mgHAc.L-1. Já em seu funcionamento, o reator manteve, para esses mesmos parâmetros, o pH próximo à neutralidade, permanecendo entre 6,8 (± 0,1) e 7,1 (± 0,1). Para a AT e os AV, as médias obtidas foram 250 (± 7) mgCaCO3.L-1 e 27 (± 8) mgHAc.L-1. A geração de biogás oscilou durante as 10 etapas, mesmo em situações com características físico-químicas próximas, variando entre 54 (± 44) e 2115 (± 555) mL.d-1, para as temperaturas de 10,75 (± 0,00) e 15,5 (± 0,15) °C e, os TDH, de 10 e 8 h, respectivamente. Para a redução da DQOb, a menor e a maior eficiência foram, respectivamente, de 82 e 93%, com as temperaturas de 6,20 (± 0,2) e 15,98 (± 0,6) °C e, os TDH, de 12,00 e 10,00 h. Esses resultados evidenciam que o uso de reatores HUASB é vantajoso na remoção de matéria orgânica, mesmo em temperaturas baixas, apesar da baixa geração de biogás.
Abstract: The use of hybrid anaerobic reactors (HUASB) for the treatment of effluents in hot climate regions has been extensively studied in recent decades, even so, there is a lack of work on the efficiency of these reactors in cold climate regions. Temperate climate environments represent a challenge, since anaerobic digestion, carried out by archaea and bacteria, responsible for the removal of organic matter in HUASB, has its functioning altered, due to the metabolism of these microorganisms. This work aims to analyze the operation of a HUASB, on a bench scale, with low temperatures in a controlled environment. The HUASB, fed by synthetic domestic sewage, was built in glass, with dimensions of 1.00 m x 0.12 m x 0.20 m, two three-phase separators and useful volume of 22.10 L, filtering material composed of corrugated PVC rings. Using the Central Composite Rotatable Design (CCRD), 10 operating stages were established, with temperatures of 4.13, 6.00, 10.50, 15.00 and 16.86 °C and Hydraulic Retention Time (HRT) of 7.17, 8.00, 10.00, 12.00 and 12.82 h. To evaluate the performance of HUASB, the parameters of pH, temperature (t), total alkalinity (TA), volatile acids (VA), removal of raw chemical oxygen demand (CODt), turbidity, sulfate and biogas production were analyzed. The volumetric organic load (VOC) of the effluent (EFL), during the 150 days of operation, varied between 1.0 (± 0.0) and 1.9 (± 0.1) kg COD m-3d-1, due to the different HRT, with an average CODt of 525 (± 57) mg L-1. The pH, TA and VA of the EFL presented the respective averages of 7.7 (± 0.3), 162 (± 6) mg CaCO3 L-1 and 43 (± 18) mg HAc L-1. In its operation, the HR maintained, for these same parameters, the pH close to neutrality, remaining between 6.8 (± 0.1) and 7.1 (± 0.1). For TA and VA, the means obtained were 250 (± 7) mg CaCO3 L-1 and 27 (± 8) mg HAc L-1. The biogas generation fluctuated during the 10 stages, even in situations with similar physicochemical characteristics, varying between 54 (± 44) and 2115 (± 555) mL d-1, for temperatures of 10.75 (± 0.0) and 15.50 (± 0.15) °C and, the HRT, 10.00 and 8.00 h, respectively. For CODt removal, the lowest and highest efficiency were, respectively, 82 and 93%, with temperatures of 6.20 (± 0.2) and 15.98 (± 0.6) °C and, the HRT, from 12.00 and 10.00 h. These results show that the use of HUASB reactors is advantageous in the removal of organic matter, even at low temperatures, despite the low generation of biogas.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31494
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