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Tipo do documento: Dissertação
Título: Efeito da estratégia de alimentação do AnSBBR utilizado no tratamento de drenagem ácida sintética de mina
Título(s) alternativo(s): Feeding strategy effect on AnSBBR used for treatment of synthetic acid-mine drainage
Autor: TOLEDO FILHO, Mauro Fleury de 
Primeiro orientador: DAMASCENO, Leonardo Henrique Soares
Primeiro coorientador: MOURA, Rafael Brito de
Primeiro membro da banca: RIBEIRO, Rogers
Segundo membro da banca: ZAIAT, Marcelo
Resumo: O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar o efeito da estratégia de alimentação do reator anaeróbio operado em bateladas sequenciais com biomassa imobilizada em material suporte (AnSBBR) e recirculação da fase líquida no tratamento de drenagem ácida sintética de mina (DASM). Três concentrações afluentes de SO42- relacionadas a três cargas aplicadas de SO42- foram estudadas: 1,5 g.L-1.d-1 na condição A, 3,0 g.L-1.d-1 na condição B e 4,5 g.L-1.d-1 na condição C. Para cada condição, a mudança na estratégia de alimentação foi feita após a estabilização do sistema e o posterior registro dos perfis temporais. Dessa forma, as estratégias adotadas foram aplicadas sempre na seguinte ordem: batelada, batelada alimentada de 2h e batelada alimentada de 4h. Em todas as situações, o pH de entrada da DASM variou entre 3,0 e 3,3 e as concentrações de entrada de ferro, zinco e cobre foram mantidas constantes em 100 mg.L-1, 20 mg.L-1 e 5 mg.L-1, respectivamente. Soro de leite foi usado como fonte de carbono e adicionado à DASM de modo a atingir uma relação DQO/SO42- inicial de 2,0. O sistema era totalmente descarregado e capaz de tratar 2,8 L da DASM em ciclos de 8h com temperatura de operação mantida em 30±1 ºC. O reator foi inoculado com biomassa anaeróbia proveniente de um UASB em escala de bancada usado para tratar a mesma água residuária. Antes da operação do AnSBBR, estudos hidrodinâmicos abióticos provaram que a recirculação da fase líquida garante a homegeinização completa do sistema num intervalo de tempo irrelevante se comparado ao tempo total de ciclo e que o regime de fluxo no leito do reator se aproxima do comportamento pistonado. Durante a fase de batelada da condição A, a sulfetogênese foi predominante no reator, visto a alta eficiência de remoção de sulfato com valor médio atingindo (97±1)%, remoção média de Fe2+ de (95±1)%, e remoção média de (61±1)% da DQO solúvel. Ao aumentar tempo de enchimento nessa condição, o desempenho do AnSBBR diminuiu gradativamente. A eficiência média de remoção de SO42- foi equivalente a (90±3)% e (77±3)% para as estratégias de batelada alimentada de 2h e batelada alimentada de 4h, respectivamente. Por outro lado, a alimentação gradativa afetou positivamente o sistema na condição B. Ao elevar a carga orgânica aplicada, apenas (40±8)% das moléculas de SO42- foram convertidas na condição de batelada por ter-se um favorecimento da atividade de bactérias hidrolíticas e acidogênicas perante às bactérias redutoras de sulfato (BRS). Porém, a batelada alimentada de 4h garantiu uma maior disponibilidade de substratos orgânicos, atenuando a competição entre as espécies microbianas e contribuindo para um aumento na remoção média de SO42-, atingindo (61±1)%. A remoção média de Fe2+ decaiu com o aumento do tempo de enchimento, já a de DQO foi estatisticamente semelhante para todas as estratégias de alimentação adotadas, provando, mais uma vez, um maior direcionamento de moléculas orgânicas para as rotas sulfetogênicas na estratégia de 4h de alimentação. Na condição C, os testes ANOVA apontam a mesma eficiência média de remoção de SO42- e DQO, independente da estratégia de alimentação adotada. Entretanto, os máximos valores de remoção de SO42-, (62±8)%, e uma maior estabilidade operacional foram obtidos na batelada alimentada de 4h. Os resultados deste estudo mostram que a estratégia de batelada é a melhor opção para tratamento da DASM em questão quando a carga orgânica aplicada atinge valores próximos de 3,0 g.L-1.d-1 e que a alimentação gradual de 4h garante maiores reduções de SO42- para cargas orgânicas variando entre 6,0 g.L-1.d-1 e 9,0 g.L-1.d-1.
Abstract: The aim of this work was to evaluate the feeding strategy effect on anaerobic sequencing batch reactor with recirculation of liquid phase and immobilized biomass on polyurethane foam (AnSBBR) used for treating synthetic acid mine drainage (AMD). Three affluent sulfate concentrations related to three applied sulfate loading rate were tested: 1,5 g.L-1.d-1 in condition A, 3,0 g.L-1.d-1 in condition B and 4,5 g.L-1.d-1 in condition C. For each condition, feeding strategy transition was made after system stabilization and time profile data collection. Thus, strategies were applied always in this order: batch, fed-batch (2h) and fed-batch (4h). In all situations, synthetic wastewater affluent pH varied between 3,0 and 3,3 and dissolved iron, cooper and zinc affluent concentrations were kept constant at 100 mg.L-1, 20 mg.L-1 e 5 mg.L-1, respectively. Whey was used as carbon source and added to synthetic AMD to reach COD/SO42- ratio equal to 2,0. System was always fully discharged and able to treat 2,8 L of wastewater in 8h cycles at 30±1 ºC. Reactor was innoculated with anaerobic biomass from a bench scale UASB used for same wastewater treatment. Before starting AnSBBR operation, abiotic hydrodynamics assays were assessed proving liquid phase recirculation provided system complete homogenization in an irrelevant time interval when compared to total cycle time and flow through reactor bed approaches plug flow. During batch phase in condition A, metabolic pathway of sulfetogenesis predominated in the system, providing average sulfate removal efficiency of (97±1)%, average iron removal efficiency of (95±1)% and average soluble COD removal efficiency of (61±1)%. By increasing filling time, AnSBBR performance gradually decreased in that condition. Sulfate average removal efficiency was equal to (90±3)% and (77±3)% for 2h fed batch and 4h fed batch, respectively. In contrast, gradual filling strategy was satisfactory for the system in condition B. With higher applied organic loading rate, just (40±8)% of SO42- influent molecules were reduced in batch mode because hydrolytic and acidogenic bacteria were more adapted to wastewater conditions and outcompeted sulfate reducers bacteria (SRB). However, 4h fed-batch caused higher organic matter availability, decreased substrate competition and enhanced SBR activity, reaching average sulfate removal efficiency of (61±1)%. Average iron removal efficiency decayed with filling time increase and organic matter removal was statistically the same for all phases, ensuring a higher organic molecules destination to sulfetogenesis metabolic pathway in 4h gradual feeding. In condition C, ANOVA tests pointed average COD and SO42- removal efficiencies were the same for all feeding strategies studied. Nevertheless, maximum SO42- removal efficiencies, (62±8)%, and higher operational stability were achieved on 4h fed batch mode. The results of this study show batch strategy is the best option for this synthetic AMD treatment on AnSBBR when applied organic loading rate reach values approaching 3,0 gDQO.L-1.d-1, and gradual feeding strategy of 4h ensures higher SO42- reduction for applied organic loading rates varying between 6,0 gDQO.L-1.d-1 and 9,0 gDQO.L-1.d-1.
Palavras-chave: Engenharia Ambiental.
Minas - Drenagem.
Águas residuais - Purificação.
Área(s) do CNPq: ENGENHARIA SANITARIA::TRATAMENTO DE AGUAS DE ABASTECIMENTO E RESIDUARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Alfenas
Sigla da instituição: UNIFAL-MG
Departamento: Instituto de Ciência e Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia Ambiental
Citação: TOLEDO FILHO, Mauro Fleury de. Efeito da estratégia de alimentação do AnSBBR utilizado no tratamento de drenagem ácida sintética de mina. 2018. 147 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia Ambiental) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, MG, 2018.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/2145
Data de defesa: 28-Ago-2018
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