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Título: Influência da espessura do meio suporte em reator anaeróbio híbrido (UAHB) tratando esgoto sintético
Título(s) alternativo(s): Influence of support medium's height in Hybrid Anaerobic Reactor (UAHB) treating synthetic sewage
Autor(es): Villota Mora, Alvaro Javier Esteban
Orientador(es): Passig, Fernando Hermes
Palavras-chave: Águas residuais - Purificação - Tratamento biológico
Biomassa
Microscopia eletrônica
Biorreatores
Sewage - Purification - Biological treatment
Biomass
Electron microscopy
Bioreactors
Data do documento: 3-Ago-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: VILLOTA MORA, Alvaro Javier Esteban. Influência da espessura do meio suporte em reator anaeróbio hibrido (UAHB) tratando esgoto sintético. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023.
Resumo: Considerando a importância da formação de biofilme, a influência do material suporte para a retenção de biomassa e a microbiologia nos processos internos no reator anaeróbio híbrido (UAHB) é necessário desenvolver estudos que permitam estabelecer as melhores características do meio suporte nas diferentes condições de funcionamento do reator. Admitindo tal panorama, esta pesquisa tem como um dos pontos de interesse a contribuição aos estudos dos reatores UAHB avaliando a variação das alturas do meio suporte composto por anéis corrugados de Policloreto de vinila (PVC) tipo Conduite em um modelo de reator anaeróbio híbrido (UAHB), tratando esgoto sintético. Assim, foi estabelecida a relação entre a altura do meio suporte e a resposta do UAHB em termos de pH, alcalinidade, ácidos voláteis, DQO, turbidez, condutividade, sólidos totais, sólidos totais fixos e voláteis quando é variado o tempo de detenção hidráulica (TDH). Justifica-se esta pesquisa pela importância do conhecimento das características físicas do meio suporte no desempenho do reator UAHB objetivando projetar sistemas com maior eficiência. Com base na revisão bibliográfica foi projetado o piloto do reator UAHB, estabelecendo os parâmetros operacionais e o dimensionamento do sistema (diâmetro nominal igual a 100 mm e comprimento igual a 75 mm) para avaliar a eficiência do reator UAHB com relação a variação das alturas do meio suporte. Desse modo foram selecionadas alturas iguais a 6 cm (8% do volume total), 15 cm (20% do volume total) e 24 cm (32% do volume total). Visando alcançar os objetivos propostos, foi necessário estabelecer 3 etapas de operação, sendo a Etapa 1 (TDH = 10 h), Etapa 2 (TDH = 7 h) e Etapa 3 (TDH = 4 h), utilizando o valor médio de concentração igual a 500 mgDQO L-1, a qual, é equivalente a carga orgânica volumétrica (COV) igual a 1,20, 1,71 e 3,0 KgDQO m-3 d-1 para os TDH iguais a 10, 7 e 4 h, respectivamente. Na Etapa 1, obteve-se os melhores resultados com remoção média de matéria orgânica (DQO) igual a 69,4%, 70% e 72,6%, remoção média de turbidez de 85,2%, 86,9% e 90,2%, remoção média de sólidos totais equivalente a 61,6%, 63,2% e 63,9% para as alturas do meio suporte iguais a 6, 15 e 24 cm respectivamente. O estudo indicou melhores resultados operacionais para altura do meio suporte igual a 24 cm utilizando 10 horas de TDH. Nas análises microestruturais de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), o lodo anaeróbio extraído do reator com espessura do meio suporte igual a 24 cm, apresentou estrutura mais compacta e com menor quantidade de vazios, além de maior concentração de carbono de acordo com a análise de composição química por espectroscopia de energia dispersiva de raio-X (EDX). Conclui-se que quanto maior a espessura do meio suporte, foram atingidos maiores valores na remoção de matéria orgânica (DQO), turbidez, sólidos, além da produção de gás e condutividade.
Abstract: Considering the importance of the formation of biofilm, the influence of the support material for the retention of biomass, and the microbiology of internal processes in the hybrid anaerobic reactor (UAHB), it is necessary to develop studies that allow establishing the best characteristics of the filter medium in the different reactor’s operating conditions. This research contributed to the wastewater treatment knowledge by evaluating the variation of the heights of the filter medium composed of Conduit Polyvinyl chloride (PVC) corrugated rings in a UAHB pilot treating synthetic wastewater. Likewise, this research contributed to defining the relationship between the filter medium’s size and the UAHB response in terms of pH, alkalinity, volatile acids, COD, turbidity, conductivity, total solids, total fixed and volatile solids with the hydraulic retention time (HRT) variations. The research is justified based on the need to know the filter medium’s physical characteristics and the UAHB reactor’s performance to project systems with greater efficiency. The UAHB pilot was built based on the bibliographical review, establishing the operational parameters and the sizing of the treatment system (nominal diameter equal to 100 mm and length equal to 75 cm) to evaluate the efficiency of the UAHB reactor with the variation of the heights of the half support. Therefore, filter medium heights equivalent to 6 cm (8% of total volume), 15 cm (20% of total volume), and 24 cm (32% of total volume) are selected. The study developed three stages of operation: Stage 1 (HRT =10 h), Stage 2 (HRT =7 h), and Stage 3 (HRT =4 h), using the average concentration value equal to 500 mgCOD L-1, which is equivalent to the organic load rate (OLR) comparable to 1.20, 1.71 and 3.0 kgCOD m-3 d-1 for HRT equal to 10, 7 and 4 h respectively. In the first stage, the best results were obtained with average COD removals equal to 69.4%, 70%, and 72.6%, turbidity of 85.2%, 86.9%, and 90.2%, total solids equivalent at 61.6%, 63.2% and 63.9% for filter medium’s heights equal to 6, 15 and 24 cm respectively. The study indicated better operational results for a filter medium’s height equal to 24 cm using 10 hours of TDH. In the microstructural analysis of Scanning Electron Microscopy (SEM), the anaerobic sludge extracted from the reactor with a filtering medium’s height equal to 24 cm presented a more compact structure and with a smaller void, in addition to a higher concentration of carbon according to the analysis of chemical composition by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). It is concluded that the greater the filter medium height, the higher values are achieved in removing organic matter (COD), turbidity, solids, gas production, and conductivity.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32587
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