Estudo da atividade metanogênica específica de diferentes lodos anaeróbios / Study of specific methanogenic activity of different anaerobic sludges

RESUMO O estudo da atividade metanogênica específica (AME) constitui uma importante ferramenta para o controle operacional de reatores anaeróbios, pois apresenta parâmetros de monitoramento da eficiência e estabilidade de um reator biológico. Nesse sentido, o presente trabalho visou determinar a AME de lodos provenientes de reatores anaeróbios de fluxo ascendente (UASB - upflow anaerobic slugde blanket) de duas indústrias cervejeiras (lodos A e B), uma de processamento de grãos (lodo C), uma leiteira (lodo D) e uma de processamento de couro (lodo E). Os ensaios foram conduzidos em batelada, em ambiente aclimatado a 35°C, utilizando um equipamento para monitorar a geração de biogás em função do tempo de digestão. Também foi realizada a qualificação do gás metano presente no biogás gerado pelos diferentes lodos. O maior valor de AME obtido e a maior porcentagem do gás metano produzido, para uma concentração de biomassa de 5,0 gSTV.L-1 e 4,0 gDQO.L-1 de glicose, foram para o lodo B: 0,36 gDQO-CH4.gSTV-1.d-1 e 58,9%, respectivamente.

ABSTRACT The study of Specific Methanogenic Activity (SMA) is an important tool for operational control of anaerobic reactors, as it presents parameters to monitor the efficiency and stability of a biological reactor. For this reason, the present article aimed to determine the SMA of sludges from UASB reactors, of two different brewing industries (sludges A and B), a grain processing industry (sludge C), a dairy industry (sludge D), and a leather processing industry (sludge E). Assays were performed in batch, at an acclimatized environment (35°C), using a device equipment to monitor the generation of biogas due to digestion time. Also, the quantity of methane gas was measured in the biogas generated by the different sludges. The best SMA value obtained and the greater percentage of methane gas generated, with a biomass concentration of 5.0 gSTV.L-1, and a glucose concentration of 4.0 gCOD.L-1, were for sludge B, with 0.36 gCOD-CH4.gSTV-1.d-1 and 58.9%, respectively.

Influência da manta geotêxtil e altura da camada de lodo no desaguamento de lodo anaeróbio em leito de drenagem / Influence of the geotextile blanket and sludge height in anaerobic sludge dewatering using drainage bed

RESUMO As estações de tratamento de esgoto (ETEs) geram resíduos, com destaque para o lodo de esgoto, que tem aproximadamente 95% de água e se classifica como resíduo sólido, necessitando de disposição final ambientalmente adequada. Assim, o desaguamento é fundamental no gerenciamento do lodo, já que promove redução de volume. O leito de drenagem (LD) é um sistema natural, sem uso de energia elétrica e produtos químicos, com resultados promissores para o desaguamento de lodo de estações de tratamento de água (ETAs). Nesse sentido, esta pesquisa visou a avaliar o desaguamento de lodo gerado em ETE, proveniente de reator Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB). A análise foi realizada por meio de nove ensaios usando LD em escala de bancada com área de fundo de 31 × 31 cm. Os ensaios foram realizados com 3 diferentes geotêxteis: HaTe 55/55, 80/80 e 105/105 DW; e 3 alturas de lodo bruto: 10, 15 e 20 cm. Nos ensaios, mediu-se o teor de sólidos inicial do lodo bruto e em intervalos de tempo predeterminados: vazão de drenagem, volume drenado, cor aparente, turbidez, pH e condutividade do líquido drenado. Os ensaios com a manta 55/55 obtiveram melhor desempenho, com redução final do volume de lodo superior a 65%, independentemente da altura da camada de lodo. Os resultados de cor e turbidez do líquido drenado para a manta HaTe 55/55 demonstraram tendência de melhoria de qualidade com o aumento da altura da camada de lodo, fato não observado para as outras mantas. Obteve-se melhoria da qualidade do líquido drenado, principalmente após 15 minutos, quando o percentual drenado atingiu 35%.

ABSTRACT Sewage Treatment Plants generate sewage sludge, which has approximately 95% of water and requires a proper disposal. Thus, dewatering is fundamental in sludge's management since it promotes volume reduction of the residue. The drainage bed (DB) is a natural system, without the use of energy and chemicals, with prosperous results for the dewatering of sludge from Water Treatment Plants. In this sense, this research aimed to evaluate sewage sludge's dewatering from Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB). The analysis was performed through nine tests in DB models from laboratory scale with a bottom area of 31 × 31 cm. The tests were performed with three different geotextiles blankets: HaTe 55/55; 80/80 and 105/105 DW and three heights of applied crude sludge: 10, 15 and 20 cm. In the tests, the crude sludge's initial solid content was measured. Then, at predetermined time intervals were measured: drainage flow, drained volume, apparent color, turbidity, pH and drained liquid's conductivity. The tests with the HaTe 55/55 geotextile blanket obtained the best performance, with final reduction of the sludge volume above 65%, independent of the height of the sludge applied. The color and turbidity results of the drained liquid for the HaTe 55/55 geotextile blanket showed a tendency to improve quality with the increase of the sludge height, a fact not observed for the other geotextiles blankets.

Avaliação da eficiência do tratamento de esgoto doméstico pelo teste do micronúcleo em Oreochromis niloticus (Cichlidae) / Evaluation of the domestic wastewater treatment efficiency by micronucleus test on Oreochromis niloticus (Cichlidae)

RESUMO Este estudo teve por objetivo avaliar a eficiência no tratamento do esgoto doméstico de uma cidade do interior paulista, pela análise de micronúcleos e anormalidades nucleares nos eritrócitos de tilápias expostas ao efluente bruto e ao tratado. Duas coletas foram realizadas: uma na estação chuvosa e outra na estação seca. Foram utilizados três aquários de 20 L nos experimentos, com cinco peixes cada. No primeiro, os animais foram expostos à água de poço artesiano (controle negativo); no segundo, ao esgoto bruto diluído; no terceiro, ao esgoto após tratamento. Decorrido o tempo de exposição (72 h), coletou-se o sangue desses animais para obtenção de lâminas de esfregaço. Os resultados obtidos mostraram efeitos genotóxicos e mutagênicos do efluente bruto, em ambas as coletas; porém, esses efeitos não foram significativos após o tratamento do esgoto, o que mostra que o processo utilizado no tratamento foi eficiente para minimizar tais efeitos.

ABSTRACT This study aimed at evaluating the efficiency in the domestic wastewater treatment from a city of Sao Paulo State (Brazil), by micronuclei and nuclear abnormalities analysis in erythrocytes of tilapias exposed to raw and treated wastewater. Two samples were collected. Three aquariums of 20 L, with five fish each, were used in the bioassays. In the first, the animals were exposed to the artesian water (negative control); in the second, to the diluted raw wastewater; and in the third, to after wastewater treatment. After the exposure time (72 h), the blood was collected for preparing the smear slides. The results showed genotoxic and mutagenic effects of the raw wastewater in both samples, showing that the process used was efficient to minimize these effects.

Remoção de alquilbenzeno linear sulfonato em esgoto doméstico tratado em reator UASB e lagoa de polimento / Linear alquilbenzene sulfonate removal from domestic sewage treated in UASB and polishing pond

RESUMO: Avaliou-se a remoção do alquilbenzeno linear sulfonato (LAS) em uma estação de tratamento de esgoto (ETE) com reator tipo UASB e lagoa de polimento durante dois períodos, seco e chuvoso. A remoção de LAS também foi avaliada em uma das 8 células do UASB (810 m3). Nessa célula, a remoção, predominantemente por adsorção, foi de 68±52 e 0% para os períodos seco e chuvoso, respectivamente. A eficiência de remoção global do LAS na ETE foi de 80±15 a 98±3%, considerando os dois períodos sazonais. A concentração de LAS no efluente da lagoa de polimento ficou entre 0,1±0,3 e 0,6±0,3 mg.L-1. Portanto, a qualidade do efluente da ETE, em termos de LAS, foi muito satisfatória, com valores inferiores aos da legislação (<0,5 mg.L-1 de LAS - CONAMA) para as substâncias definidas como aquelas que reagem com o azul de metileno, em águas superficiais de classe 1 a 3.

ABSTRACT: We evaluated the removal of linear alquilbenzene sulfonate (LAS) in a sewage treatment plant (WWTP) with a UASB reactor and a polishing pond during two seasonal periods, dry and rainy. The removal was also evaluated in one of the eight cells of the UASB reactor (810 m3). In this cell, the removal was predominantly by adsorption, of 68±52 and 0% for the dry and rainy seasons, respectively. The total removal efficiency of LAS in the WWTP was between 80±15 and 98±3%, considering the two seasonal periods. The LAS concentration in the polishing pond effluent was between 0.1±0.3 and 0.6±0.3 mg.L-1. Therefore, the quality of the final effluent, in terms of LAS, was very satisfactory, with values lower than those defined by the Brazilian legislation (<0.5 mg L-1 of LAS) of CONAMA, for substances reacting with the methylene blue, when the receiving water body is within the classes 1 to 3.

Partida de reator anaeróbio compartimentado em série com um reator anaeróbio de manta de lodo, utilizando parâmetros de sedimentabilidade para formação da biomassa / Start-up of anaerobic baffled reactor in series with upflow anaerobic sludge blanket reactor reactors, using parameters of sedimentation for formation of sludge

RESUMO Este estudo objetivou avaliar a formação da biomassa de boa qualidade tanto no reator anaeróbio compartimentado (RAC) quanto no reator anaeróbio de manta de lodo (UASB), aplicando parâmetros adequados à sedimentação dos sólidos sedimentáveis (SS) presentes na água residuária de suinocultura (ARS). O RAC e o UASB operaram em série com os tempos de detenção hidráulica (TDHs) de 15 e 9h, respectivamente, correspondendo a cargas orgânicas volumétricas (COVs) médias de 53,8 e 36,2 kg.m³.d¹ em termos de DQOT, respectivamente. As eficiências médias de remoção de DBO520°C, durante o processo de partida e formação da biomassa, foram: 68% para RAC e 55% para UASB, e em termos de DQO: 78% para RAC e 70% para UASB, respectivamente. Os autores concluíram que é possível, mediante os parâmetros de sedimentação adotados, formar uma biomassa peletizada, mesmo operando o sistema com altas cargas orgânicas.

ABSTRACT This study aimed to evaluate anaerobic biomass formation in anaerobic baffled reactor (ABR) and sequentialy in upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, using the solids liable to sedimentation present in swine wastewater (SW). The ABR and UASB reactors operated in series with hydraulic retention times (HRT) of 15 and 9. The average volumetric organic loading rates (VOLR) was about 53.8, and 36.2 kg.m-3 d¹ in terms of total COD, respectively. The average removal efficiencies, during the starting up process and biomass formation concernig BOD520°C about 68% (ABR) and 55% (UASB), and in terms of COD about 78% (ABR) and 70% (UASB), respectively. The authors concluded that it is possible, using the sedimentation parameters adopted, to form a granulated biomass, even operating with high organic loadings.

Reator anaeróbio compartimentado para o tratamento de águas residuárias de suinocultura / Anaerobic baffled reactor for treatment of swine wastewater

A poluição da água e do solo causada pela suinocultura provoca impactos ambientais severos nas regiões produtoras. Uma alternativa eficiente para atenuar esse problema pode ser a utilização de reatores anaeróbios de alta taxa. Neste trabalho, avaliou-se o efeito das águas residuárias de suinocultura com concentrações de sólidos suspensos totais em torno de 6.000 mg.L−1 no desempenho do reator anaeróbio compartimentado, com três câmaras. O volume da primeira câmara foi de 210 L e da segunda e terceira de 160 L. O reator anaeróbio compartimentado foi submetido a tempos de detenção hidráulica de 56, 28 e 18 horas e a cargas orgânicas volumétricas de 5,0 a 10,1 g DQOtotal (L.d)−1. As maiores remoções de demanda química de oxigênio total, de 42 a 68%, e das produções volumétricas de metano, de 0,261 a 0,454 L CH4 (L reator d)−1, ocorreram na segunda câmara.

Water and soil pollution caused by the waste from the swine production causes severe environmental impacts in producing areas. An efficient alternative to reduce these impacts can be the use of high-rate anaerobic reactors. In this work, it was evaluated the effect of the swine wastewater with total suspended solids concentrations around 6.000 mg.L−1 in the anaerobic baffled reactor with three compartments. The volume of the first compartment was 210 L and of the second and third ones of 160 L. The anaerobic baffled reactor was submitted at hydraulic detention times of 56, 28 and 18 hours and to organic load rates of 5.0 to 10.1 g total COD (L.d)−1. The highest total COD removals, of 42 to 68%, and volumetric methane productions, of 0.261 to 0.454 L CH4 (L reactor d)−1, occurred in the second compartment.

Efeito do tratamento térmico de lodo anaeróbio sobre as características de biodegradabilidade da fração orgânica / Effect of thermal treatment of anaerobic sludge on the biodegradability characteristics of the organic fraction

O presente trabalho avalia o efeito do tratamento térmico do lodo excedente de reatores UASB sobre as características de biodegradabilidade da fração orgânica remanescente, empregando-se o biogás como fonte de energia. O tratamento térmico proporcionou a elevação da temperatura do lodo até valores próximos a 75° C, para tempos de aquecimento de sete horas. Amostras coletadas em diferentes momentos mostraram melhoras significativas na biodegradabilidade do lodo tratado termicamente, com incrementos em 60 vezes para a DBO filtrada, de 30 por cento para a DBO total e 50 por cento para a produção de biogás. Adicionalmente, o retorno do lodo tratado termicamente para o reator UASB não prejudicou as características do efluente.

This paper aimed at evaluating the effect of thermal treatment of excess anaerobic sludge upon the biodegradability characteristics of the remaining organic fraction, using biogas generated in the wastewater treatment process as energy source. Direct burning of the biogas allowed an increase in the sludge temperature up to values close to 75º C, for a seven-hour heating period. Samples taken at different heating times showed significant increase of the biodegradability characteristics of the thermally treated sludge, with augments of around 60 times for filtered BOD, 30 percent for total BOD and 50 percent for biogas production. In addition, no adverse effect on effluent quality was noticed when the thermally treated sludge was returned to the UASB reactor.

Tratamento térmico de lodo anaeróbio com utilização do biogás gerado em reatores UASB: avaliação da autossustentabilidade do sistema e do efeito sobre a higienização e a desidratação do lodo / Thermal treatment of anaerobic sludge utilizing biogas produced in UASB reactors: evaluation of system self-sustainability and the effect on sludge hygienization and dehydration

O presente trabalho objetiva avaliar a eficiência do biogás gerado em reatores UASB como fonte de energia para higienização térmica do lodo excedente, atentando-se ainda para a autossustentabilidade do sistema e para a avaliação do desaguamento do lodo tratado termicamente. Foi desenvolvido em um aparato experimental em escala de demonstração constituído de reator UASB, reservatório de biogás, reator térmico e leitos de secagem. A autossustentabilidade foi verificada por meio de balanço térmico teórico e de testes experimentais de higienização térmica. Estes testes indicaram que o aproveitamento da energia térmica do biogás foi suficiente para aquecer o lodo em temperaturas de 55 a 65ºC, durante três a cinco horas, possibilitando a completa eliminação de ovos viáveis de helmintos. No entanto, o processo de desidratação se mostrou muito mais difícil para o lodo tratado termicamente.

The objective of this research was to determine how effectively biogas produced in UASB reactors could be used as a source of heat for the thermal hygienization of excess anaerobic sludge, whether the system can operate on a self-sustained basis and how the dehydration of the thermally treated sludge behave. The experiments were conducted in a demonstration-scale setup comprising UASB reactor, biogas holder, thermal reactor and sludge drying beds. The self-sustainability of the system was evaluated by the systemâ€TMs theoretical thermal balance and by experimental hygienization tests. These tests indicated that the recovery of thermal energy from the biogas was sufficient to heat the sludge at temperatures in the range of 55 to 65ºC, for three to five hours, allowing the complete elimination of viable helminth eggs. However, the dehydration process showed to be much more difficult for the thermally treated sludge.

Efeito do retorno de lodo aeróbio sobre as características da biomassa presente em reatores UASB tratando esgoto sanitário / Effect of aerobic sludge return on the characteristics of anaerobic biomass present in UASB reactors treating domestic sewage

O presente trabalho buscou avaliar a influência do retorno do lodo produzido em filtros biológicos percoladores (FBP) sobre as características da biomassa em reatores UASB utilizados para o tratamento de esgoto sanitário. Os experimentos foram conduzidos em reatores em escala piloto e em escala de demonstração, sendo que os reatores UASB foram operados com e sem retorno do lodo produzido nos FBP. Os resultados obtidos indicaram uma diminuição no diâmetro das partículas de lodo, durante as fases com retorno de lodo, mas apenas para as amostras de lodo tomadas nos pontos mais altos dos reatores anaeróbios. A estabilidade e a atividade metanogênica específica do lodo anaeróbio praticamente não se modificaram com o retorno de lodo. Conforme esperado, a produção específica de lodo anaeróbio aumentou com o retorno de lodo.

This work aimed at evaluating the influence of the return of excess aerobic sludge produced in trickling filters (TF) upon the biomass characteristics in UASB reactors used for the treatment of domestic sewage. The experiments were carried out in pilot and demonstration-scale reactors, with the UASB reactors being operated with and without the return of sludge produced in the TF. Smaller sludge particle sizes were observed when the aerobic sludge was returned to the UASB reactor, but only for sludge samples collected in the upper parts of the anaerobic reactors. Sludge stability and specific methanogenic activity were not affected by the return of sludge. As expected, the specific anaerobic sludge production increased with the return of sludge.

Kinetics of municipal sewage degradation in EGSB and UASB reactors at 10℃ / 药物分析学报

Kinetics of municipal sewage degradation in Expanded Granular Sludge Bed (EGSB) and Up-flow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactors at 10℃ were investigated via continuous experimental equipments. The results indicated that the whole reaction process can be simulated by the first-order dynamic equation model. Dynamic parameters such as k, Vmax and Ks of UASB in hydrolysis acidification stage were 1.08 d-1, 2.8 d-1 and 372 mg/L comparing to those of 1.18 d-1, 3.5 d-1 and 112 mg/L in the methanogenesis stage respectively. The EGSB's k, Vmax and Ks were 2.91 d-1, 14.3 d-1 and 470 mg/L in the hydrolysis acidification stage comparing to those of 1.68 d-1, 6.6 d-1 and 103 mg/L in the methanogenesis stage respectively. Comparison of k values of the two stages in UASB and EGSB indicates that hydrolysis acidification stage is the controlling step for the whole reaction process of UASB, while methanogenesis stage is the controlling step in EGSB. Compared with UASB, municipal sewage treatment by EGSB at 10 ℃ can reach the same effluent requirement with lower retention time due to its effluent recirculation.

Kinetics of municipal sewage degradation in EGSB and UASB reactors at 10°C / 西安交通大学学报·英文版

Kinetics of municipal sewage degradation in Expanded Granular Sludge Bed (EGSB) and Up-flow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactors at 10°C were investigated via continuous experimental equipments. The results indicated that the whole reaction process can be simulated by the first-order dynamic equation model. Dynamic parameters such as k, Vmax and Ks of UASB in hydrolysis acidification stage were 1.08 d-1, 2.8 d-1 and 372 mg/L comparing to those of 1.18 d-1, 3.5 d-1 and 112 mg/L in the methanogenesis stage respectively. The EGSB's k, Vmax and Ks were 2.91 d-1, 14.3 d-1 and 470 mg/L in the hydrolysis acidification stage comparing to those of 1.68 d-1, 6.6 d-1 and 103 mg/L in the methanogenesis stage respectively. Comparison of k values of the two stages in UASB and EGSB indicates that hydrolysis acidification stage is the controlling step for the whole reaction process of UASB, while methanogenesis stage is the controlling step in EGSB. Compared with UASB, municipal sewage treatment by EGSB at 10°C can reach the same effluent requirement with lower retention time due to its effluent recirculation.

Metodologias para determinação da atividade metanogênica específica (AME) em lodos anaeróbios / Methodologies for determining the specific methanogenic activity (SMA) in anaerobic sludges

Esse artigo apresenta uma revisão sobre os diferentes protocolos para a determinação da atividade metanogênica específica (AME) de lodos anaeróbios. Os protocolos propostos se diferem tanto em relação aos procedimentos adotados para a incubação do lodo, quanto ao método utilizado para quantificação do metano produzido durante o teste. São discutidos os princípios dos métodos manométricos e volumétricos, e descritos brevemente os protocolos de incubação do lodo, de medição do metano e o procedimento para cálculo da AME obtida pelos métodos mais utilizados pela comunidade científica nacional.

This paper presents a review on the different methodologies to determine the specific methanogenic activity (SMA) of anaerobic sludges. The protocols available in the literature differ not only regarding the procedures adopted to incubate the sludge, but also in relation to the method utilized to quantify the methane produced during the test. This paper discusses the principles of manometric and volumetric methods, and briefly describes the protocols mostly used by the Brazilian research community for sludge incubation, methane measurement and calculation of SMA.