Treatment of digestate from anaerobic digestion of swine wastewater in a nitrammox™ reactor pilot plant

Autor: Venturin, Bruno
Přispěvatelé: Kunz, Airton, Treichel, Helen, Cruz, Luana Mattos de Oliveira, Gotardo, Jackeline Tatiane, Costa, Monica Sarolli Silva de Mendonça
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE
Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)
instacron:UNIOESTE
Popis: Submitted by Neusa Fagundes (neusa.fagundes@unioeste.br) on 2022-12-09T12:35:32Z No. of bitstreams: 2 Bruno_Venturin2022.pdf: 8839881 bytes, checksum: 24524f0b615c70079b7ee9c68ecdfe0c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Made available in DSpace on 2022-12-09T12:35:32Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Bruno_Venturin2022.pdf: 8839881 bytes, checksum: 24524f0b615c70079b7ee9c68ecdfe0c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2022-08-18 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES The swine production chain is one of the most relevant from Brazil's economic point of view. The farming of pigs in a confined manner and with high animal density reduced production costs and improved sanitary control; however, much waste is generated. Therefore, anaerobic digestion is among the most used technologies to manage such waste. This process is widely applied in the country to reduce the organic matter present in the waste of these animals. Despite the relative efficiency in removing organic matter, significant concentrations of ammoniacal nitrogen and organic carbon remain in the digestate. Among the processes for removing this nitrogen, partial nitritation associated with anaerobic oxidation of ammonia (anammox) and denitrification provide higher efficiencies and lower costs for wastewater treatment, especially those with high concentrations of ammonia nitrogen and residual organic matter. There are still many challenges related to the applicability of such a process in swine production farms after treating waste in digesters. Therefore, the present work aimed to study the effect of organic carbon in swine digestate on anammox bacteria (BOAnA), evaluating processes for the pre-treatment of these digestates and subsequent applicability in a deammonification reactor for digestate treatment. The experiments were conducted on a bench scale, with batch feeding, and later in a pilot reactor using the NITRAMMOX® process, continuously operating with pre-treated swine manure. The choice for anaerobic pre-treatment, carried out by a system containing decanters and an anaerobic reactor, proved to be adequate for preparing the digestate operating with the hydraulic retention time of up to 1 day, without instability in the concentration of organic matter. After removing 65% of the organic matter, the nitrogen removal process stabilized; it occurs until a concentration of approximately 100 mg L-1 of total organic carbon is not exceeded. The NITRAMMOX® process, operating on a pilot scale, again proved capable of removing nitrogenous compounds from swine manure. The process presented stable and robust characteristics to work with nitrogen loads higher than conventional biological processes. Swine manure was treated according to the applied nitrogen load up to 2 gN L-1 d-1. Nitrogen removal efficiencies averaged 80% when the process was stable; a theoretical doubling time of 6 d was estimated for the BOAnA. A cadeia produtora de suínos é uma das mais relevantes do ponto de vista econômico no Brasil. A criação de suínos, de maneira confinada e com alta densidade de animais, proporcionou a diminuição de custos de produção e melhorias no controle sanitário. No entanto, geram-se muitos dejetos, assim, dentre as tecnologias mais utilizadas para gerenciamento de tais resíduos, está a digestão anaeróbia. Tal processo é amplamente aplicado no país para diminuição da matéria orgânica presente no dejeto desses animais. Apesar da relativa eficiência na remoção da matéria orgânica, significativas concentrações de nitrogênio amoniacal e carbono orgânico ainda permanecem no digestato. Entre os processos para remoção desse nitrogênio, a nitritação parcial, associada à oxidação anaeróbia da amônia (anammox) e à desnitrificação são processos que proporcionam maiores eficiências e menores custos ao tratamento de efluentes sobretudo aqueles com alta concentração de nitrogênio amoniacal e matéria orgânica residual. Existem ainda muitos desafios relacionados à aplicabilidade de tal processo em granjas de produção de suínos, após o tratamento de dejetos em biodigestores. Em função disso, o presente trabalho visou ao estudo do efeito do carbono orgânico em digestatos suinícolas sobre as bactérias anammox (BOAnA), avaliando processos para o pré-tratamento desses digestatos e posterior aplicabilidade em um reator de desamonificação para tratamento de digestatos. Os experimentos foram conduzidos primeiramente em escala de bancada, com alimentação em batelada e posteriormente em reator piloto por meio do processo NITRAMMOX®, operando com digestato suíno pré-tratado de forma contínua. A escolha pelo pré-tratamento anaeróbio, realizado por um sistema contendo decantadores e reator anaeróbio, mostrou-se adequada para o preparo do digestato operando com tempo de retenção hidráulica de até 1 dia, sem que houvesse instabilidade na concentração de matéria orgânica. Após a remoção de 65% da matéria orgânica, o processo de remoção de nitrogênio ocorreu de forma estável. Isso acontece até que uma concentração de aproximadamente 100 mg L-1 de carbono orgânico total não seja excedida. Já o processo NITRAMMOX®, operando em escala piloto, novamente comprovou ser capaz de realizar a remoção de compostos nitrogenados de digestatos suinícolas. O processo apresentou características estáveis e robustas para trabalhar com cargas de nitrogênio superiores aos processos biológicos convencionais. Realizou-se o tratamento de digestatos da suinocultura correspondendo à carga de nitrogênio aplicada em até 2 gN L-1 d-1. As eficiências de remoção de nitrogênio foram em média de 80%, quando o processo apresentava estabilidade; um tempo de duplicação teórico de 6 d foi estimado para as BOAnA.
Databáze: OpenAIRE
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