Post-treatment of anaerobic filters on intermittent sand filters : performance in critical operation

Autor: Daniel Augusto Camargo Bueno
Přispěvatelé: Tonetti, Adriano Luiz, 1973, Nour, Edson Aparecido Abdul, Sperling, Marcos von, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Rok vydání: 2017
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Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientador: Adriano Luiz Tonetti Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: A carência por metodologias simplificadas para o tratamento de esgotos sanitários, que sejam adaptáveis e aplicáveis às condições únicas das pequenas comunidades, tem resultado no agravamento de problemáticas de importância nacional, já que, em muitos casos, seus efluentes são despejados em corpos hídricos sem tratamento. Diante deste quadro, esta pesquisa visa estudar o desempenho e operação de um sistema protótipo de tratamento de esgotos constituído pela combinação linear de filtros anaeróbios de fluxo ascendente, com preenchimento em cascas de coco verde (Cocos nucifera), seguidos por filtros de areia intermitentes. O estudo foi dividido em 4 etapas experimentais denominadas Períodos Analíticos (1º, 2º, 3º e 4º PA), nos quais foram empregados, respectivamente, diferentes Tempos de Detenção Hidráulica (TDH) nos reatores anaeróbios (RA), de 24, 12, 8 e 4 horas, para suas inversamente proporcionais Taxas de Aplicação Superficial (TAS), de 200, 400, 600 e 1.200 L.m-2.dia-1 nos filtros de areia (FA). Objetivava-se avaliar o potencial de remoção e/ou transformação da matéria orgânica, dos sólidos e dos nutrientes, bem como ponderar sobre os níveis de eficiência, a frequência de manutenção e os princípios de funcionamento e colmatação do sistema combinado anaeróbio-aeróbio. Foram avaliados parâmetros físicos e químicos estatisticamente interpretados por meio do teste de Kruskal-Wallis ao nível de 5% (p?0,05). Os resultados demonstraram que, nas TAS mais baixas (200 e 400 L.m-2.dia-1), o FA dotado de tubulação de aeração adicional apresentou maiores eficiências de remoção de sólidos e de nitrificação, contudo, não existiram diferenças estatísticas no que concerne à remoção de DQO e DBO, mas se evidenciou otimização na redução do diâmetro médio das partículas orgânicas. Por outro lado, em TAS elevadas (600 e 1.200 L.m-2.dia-1), não foram encontradas diferenças estatisticamente significativas entre a capacidade depurativa dos FA com e sem a tubulação de aeração sub-superficial. A análise de desempenho das unidades do sistema RA-FA, diante das múltiplas condições operacionais e respectivamente para os 1º, 2º, 3º e 4º PA, verificou que os RA alcançaram níveis médios de remoção de DQO de 83, 73, 67 e 63% frente a Taxas de Carregamento Orgânico (TCO) de 0,8, 2,2, 3,4 e 8,1 kg DQO.m-3.dia-1, já para os FA, os índices de remoção foram de 71, 84, 81 e 57% para Taxas de Aplicação Superficial Orgânica (TASO) de 27, 108, 221 e 590 g DQO.m-2.dia-1, ou seja, mesmo sob condições críticas de operação ainda foi possível se manter elevados níveis de eficiência. A remoção de SST nos RA foi de ~90% para todos os PA, em virtude ao seu material de preenchimento, mas, para os FA, foram observadas remoções decrescentes de em média 84, 94, 79 e 27%, sendo resultado de sua maior fragilidade no polimento de cargas crescentes de SST. Por fim, a nitrificação medida por meio da Taxa de Conversão de NTK para nitrato, apresentou queda gradativa com aumento das TAS (95, 88, 45 e 12%). Assim, constatou-se a incapacidade dos FA em operar sob taxas críticas, principalmente em função da redução do seu tempo de vida útil Abstract: The lack of simplified methodologies for wastewater treatment, which are applicable to the unique conditions of small communities, has resulted in worsening problems of national importance, since in many cases their untreated effluents are dumped into water bodies. This study aims to the performance and operation of a sewage treatment prototype consisting by a linear combination of upflow anaerobic filters filled with coconuts shells (Coco nucifera) followed by intermittent sand filters. The research was divided in four experimental stages called Analytical Periods (1st, 2nd, 3rd and 4th AP), in which it was used different Hydraulic Retention Times (HRT) in the Anaerobic Reactors (AR) of 24, 12, 8 and 4 hours for their inversely proportional Surface Application Rates (SAR) of 200, 400, 600 and 1,200 L.m-2.day-1 in the intermittent sand filters (ISF). The objective was to evaluate the removal potential or transformation of organic compounds, solids and nutrients, as well as considering the efficiency levels, the frequency of maintenance and the principles of operation and clogging of the combined anaerobic-aerobic system. Physical and chemical parameters were statistically evaluated using the Kruskal-Wallis test at a 5% trust level. The results showed that in lowers SAR (200 and 400 L.m-2.day-1) the ISF with additional aeration tube had greater solids removal and nitrification, however, there were no statistical differences regarding to the removal of COD and BOD, but it was shown an optimization in the reduction of the average diameter of organic particles. On the other hand, at higher SAR (600 and 1,200 L.m-2.day-1) in what concerns about the depurative capacity, there were no statistically significant differences between the ISF with and without the sub-surface aeration tube. In view of the multiple operating conditions (1st, 2nd, 3rd and 4th AP), the performance analysis of the AR-ISF system units showed that AR reached average COD removal of 83, 73, 67 and 63%, respectively to Organic Loading Rates (OLR) of 0.8, 2.2, 3.4 and 8.1 kg COD.m-3.day-1, whereas for the ISF, the removal rates were 71, 84, 81 and 57% for Organic Surface Application Rates (OSAR) of 27, 108, 221 and 590 g COD.m-2.day-1. That is, even under critical operating conditions it was possible to maintain the high levels of efficiency in the AR-ISF system. Removal of SST of the AR was ~90% for all the AP due to their filling material, but for the ISF it was observed a decreasing removal of 84, 94, 79 and 27%, probably, this is result of the greater brittleness in the polishing of increasing loading rates of SST. Finally, the nitrification mesuared by the Conversion Rates of TKN to nitrate, presented a gradual decrease with an increase in SAR (95, 88, 45 and 12%). So, the ISF was unable to operate at critical rates, mainly due to the reduction in its useful life time Mestrado Saneamento e Ambiente Mestre em Engenharia Civil FAPESP 2013/14853-5 CAPES CNPQ
Databáze: OpenAIRE
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