ABSTRACT
RESUMO O estudo sobre reatores anaeróbios em laboratório prioriza o controle de determinados parâmetros que são de difícil controle em campo, o que dificulta o processo de scale-up. Entre os parâmetros está a carga orgânica volumétrica (COV). No caso do dejeto suíno, esse parâmetro pode sofrer alterações diárias em função das condições climáticas, das mudanças no manejo, da alimentação dos animais, entre outros. A fim de verificar o impacto dessa variação na produtividade de biogás, foi analisado o comportamento de um reator anaeróbio de mistura completa (CSTR) em dois diferentes tempos de retenção hidráulica (TRHs) - 20 e 30 dias - durante um período total de 180 dias. Os resultados demonstraram que a elevação da COV resulta em piora da eficiência de tratamento, bem como na produção de biogás. O ensaio com TRH de 20 dias obteve uma melhor resposta às alterações de carga orgânica.
ABSTRACT The study of anaerobic digesters at laboratory focuses on the control of certain parameters that are not so easy to control in the field, which makes it difficult to process scale-up. One example is the Organic Loading Rate. To swine manure, this parameter can change daily due to weather conditions, management practices, feeding and others. In order to verify the impact of this fluctuation on biogas yield, the behavior of a CSTR reactor was analyzed in two different Hydraulic Retention Times (20 and 30 days) for a total period of 180 days. The result demonstrated that the increase of OLR result in a decrease of treatment efficiency as well as biogas yields. The study with HRT of 20 days had a better response to changes in organic load.
ABSTRACT
RESUMO Esta pesquisa comparou o desempenho de um digestor anaeróbio de lodo sob diferentes estratégias operacionais. Foi avaliada a influência do aumento da carga orgânica volumétrica (COV) (OP I) e o efeito da redução do tempo de detenção hidráulica (TDH) (OP II e OP III) no processo anaeróbio. As cargas aplicadas variaram entre 0,5 e 4,5 kgSV.m-3.d-1 e o TDH foi reduzido de 15 a 5 dias. Produção de gás metano, degradação do material orgânico e a diversidade microbiana foram utilizadas para medição e comparação do desempenho do processo. Foram necessários períodos de aclimatação a cada nova COV aplicada o que levou às instabilidades na remoção de SV e DQO do lodo. A operação com TDH entre 7 e 5 dias apresentou as maiores eficiências de remoção de SV, superiores a 70%, o que influenciou positivamente na estabilidade do processo. As COV aplicadas de 2,5 e 3,5 kgSV.m-3.d-1 resultaram nas maiores produções de metano durante a OP I. Para TDH inferiores a sete dias a produção de CH4 foi prejudicada apesar da existência de microorganismos metanogênicos atuantes no digestor. Comparativamente, a estratégia de redução do TDH resultou em um melhor desempenho do sistema que a fixação da COV. Quanto menor o TDH aplicado, melhor os resultados obtidos na operação do digestor, sugerindo que a eficiência do processo é otimizada em sistemas de alta carga com operação em baixos tempos de detenção hidráulica.
ABSTRACT This study compared the performance of a pilot anaerobic sludge digester under different operating strategies. The influence of increasing organic loading rate - OLR (OP I) and the effect of hydraulic retention time - HRT reduction (OP II and OP III) in anaerobic process were evaluated. The applied loads ranged between 0.5 and 4.5 kgSV.m-3.d-1; HRT was reduced from 15 to 5 days. Production of methane, organic matter degradation and microbial diversity were used to measure and compare the system´s performance. Acclimation periods were taken for each new OLR applied, leading to instabilities in sludge VS and COD removals. The experimental time with HRT between 7 and 5 days showed the highest VS efficiency removals (higher than 70%), which positively influenced process stability. The applied OLR of 2.5 and 3.5 kgVS.m-3.d-1 resulted in higher yields of methane during OP I. CH4 production showed impaired with HRT lower than 7 days, although it was observed active methanogenic microorganisms in the digester. Comparatively, HRT reduction resulted in a better system performance than the increasing OLR approach. The lower HRT applied, the better the results obtained in the operation of the digester, suggesting that the process efficiency is optimized with high load operation at low hydraulic retention times.
ABSTRACT
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.
ABSTRACT
Neste estudo avaliou-se o desempenho de um reator anaeróbio operado em batelada sequencial, em escala piloto, com volume total de 280 L, no tratamento de águas residuárias de suinocultura. As cargas orgânicas volumétricas aplicadas no reator foram de 4,42; 5,27; 9,33 e 11,79 g DQOtotal (L d)-1. As eficiências médias de remoção de DQOtotal, sólidos suspensos totais (SST) e sólidos suspensos voláteis (SSV) variaram de 56 a 87 por cento. O nitrogênio total Kjedahl (NTK), fósforo total (P-total) e magnésio (Mg) foram removidos com eficiências médias de 26 a 39 por cento. As produções volumétricas de metano variaram de 0,50 a 0,64 L CH4 (L reator d)-1 e não foram observadas diferenças significativas. As relações sólidos voláteis/sólidos totais (SV/ST) do lodo de tal reator variaram de 0,74 a 0,58. As maiores concentrações médias de nutrientes no lodo do reator foram para o nitrogênio, fósforo, ferro e cálcio, com valores de 30.610 a 64.400, 1.590 a 9.870, 6.180 a 8.700 e 1.180 a 6.760 mg kg-1 base seca, respectivamente.
In the present study, we evaluated an anaerobic sequencing batch reactor, in pilot scale and with a total volume of 280 L, for the treatment of swine wastewater. The organic loading rates applied in such reactor were 4.42; 5.27; 9.33 and 11.79 g CODtotal (L d)-1. The average efficiencies of removal of CODtotal total solids suspension (TSS) and volatile suspension solids (VSS) varied from 56 to 87 percent. The nutrients total Kjedahl nitrogen (TKN), total phosphorus (total P) and Mg were removed with average efficiencies from 26 to 39 percent. The volumetric methane productions varied from 0.50 to 0.64 L CH4 (L reactor d)-1 and did not present significant differences. The VS/TS relations of the aforementioned reactor's sludge varied from 0.74 to 0.58. The highest mean concentrations of nutrients in the reactor sludge were those of nitrogen, phosphorus, iron and calcium, with values from 30.610 to 64.400, 1.590 to 9.870, 6.180 to 8.700 and 1.180 to 6.760 mg kg-1 base dry, respectively.