Modelagem matemática para sistema de tratamento de esgoto doméstico com remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio / Mathematical modeling for domestic sewage treatment system with simultaneous removal of organic matter and nitrogen

RESUMO Neste trabalho, avaliou-se o uso do modelo matemático ASM3 para um sistema piloto de reator compartimentado anaeróbio/anóxico e aeróbio tipo MBBR, utilizado para a remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio em esgoto doméstico. A simulação computacional foi implementada pelo software ASIM. Selecionou-se um conjunto padrão de parâmetros para o modelo, com uma combinação dos valores calibrados e dados da literatura. Com a modelagem computacional foi possível incluir as características operacionais próprias do sistema de tratamento e, embora o modelo não tenha tido sua capacidade de previsão dos parâmetros validada, foi possível verificar a aplicabilidade do ASM3 para as fases operacionais definidas neste estudo.

ABSTRACT In this work, the use of the ASM3 mathematical model for a pilot system of anaerobic/anoxic and aerobic MBBR compartmentalized reactor, for the simultaneous removal of organic matter and nitrogen in domestic sewage, was evaluated. The simulation was implemented by the ASIM software. A standard set of parameters was selected for the model, with a combination of calibrated values and literature data. With the computational modeling, it was possible to include the operational characteristics of the treatment system and, although the model capacity to predict the parameters could not be validated. Nevertheless, it was possible to verify the applicability of the ASM3 model for the operational phases defined in this study.

Extração de biomassa aderida ao meio-suporte de um reator de leito móvel com biofilme: agitação mecânica e ultrassom / Extraction of biomass attached to a support media in a moving bed biofilm reactor: mechanical agitation and ultrasound

RESUMO A quantificação de biomassa fixa em reatores de leito móvel com biofilme (MBBRs) é essencial para avaliação e controle do desempenho deles. Entretanto, observa-se que tal quantificação é realizada empregando-se diversas técnicas, o que dificulta comparações entre resultados. No presente trabalho, foram testadas duas das principais técnicas (agitação mecânica e ultrassom) utilizadas para extração de biomassa aderida aos meios-suporte (mídias) de um MBBR sem utilização de agentes químicos. Os desenhos experimentais foram realizados utilizando-se planejamento fatorial completo, e, para tal, foram selecionadas duas variáveis independentes: tempo (T) de exposição de 15 a 60 min; e volume de água destilada utilizado para extração (V) de 100 a 400 mL. O ultrassom mostrou-se superior à agitação mecânica quanto à eficiência no percentual extraído de sólidos suspensos totais (%SST), e embora nenhuma das variáveis (T ou V) tenha contribuído significativamente nas faixas testadas, com base na superfície de respostas, foi conduzido um novo experimento, ampliando a faixa de T de 5 a 90 min. A variável T contribuiu significativamente para o %SST, e o melhor resultado foi obtido com T = 90 min. Recomenda-se o uso de ultrassom, volume de mais fácil manuseio (250 mL) e T = 90 min. Ensaios adicionais são recomendados, tendo em vista a padronização do método.

ABSTRACT Quantification of attached biomass in Moving Bed Biofilm Reactors (MBBR) is essential for performance assessment and process control. However, it is observed that such quantification is performed using the most diverse techniques, which hampers comparisons between results. In this investigation, two of the main techniques used (mechanical agitation and ultrasound) were compared for removal of the biomass attached to the support media of an MBBR reactor without the use of chemical agents. The experiments were planned following full factorial designs using the two independent variables: Exposure time (T) from 15 to 60 min; and Volume of distillate water used for extraction (V) from 100 to 400 mL. The results revealed that ultrasound is superior to mechanical agitation regarding detachment of the total suspended solids (%TSS) and though neither T or V contributed significantly within the interval tested, based on the response surface, a new experiment was performed using an increased T range from 5 to 90 min. Then, exposure time contributed significantly to the %TSS detachment, with the best result at 90 min. The use of ultrasound is therefore recommended, with volume that is easier to handle (250 mL) and time equal to 90 min. Additional tests are recommended for method standardization.

Desempenho de reator integrado de lodo ativado com biofilme em leito movel / Integrated fixed film activated sludge reactor performance

O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos da presença de suportes plásticos móveis (carriers) no processo de lodo ativado por meio da operação, sob diferentes tempos de retenção de sólidos para remoção de matéria carbonácea e nitrogênio, de dois sistemas aeróbios. Um deles, denominado LAC, foi constituído por reatores de lodo ativado com biomassa apenas em suspensão, e comparado com outro, LAI, com reatores integrados de lodo ativado com biofilme em leito móvel. Monitorou-se o crescimento das biomassas em suspensão e aderida e as condições ambientais nos reatores. Testes respirométricos determinaram os coeficientes cinéticos relativos à nitrificação. Foi possível a aplicação de carga de aproximadamente duas vezes a que foi suportada por um sistema de lodo ativado, a nitrificação se estendeu até reduzidas idades do lodo aeróbio e a desnitrificação ocorreu eficientemente. As velocidades específicas de crescimento das bactérias nitritantes e nitratantes foram determinadas para o processo com biofilme aderido, resultando similares às obtidas apenas com biomassa em suspensão.

The aim of this study was to evaluate the effects of plastic media carriers presence in the activated sludge process through the operation under different solids retention times, for the removal of carbonaceous organic matter and ammonia nitrogen, of two aerobic systems. One of them, called LAC, was constituted by activated sludge reactors with suspended biomass only and compared with another, LAI, with integrated fixed-film activated sludge reactors. The growth of attached and suspended biomass and environmental conditions in the reactors have been monitored. Respirometric analyzes were used to determine kinetic coefficients related to nitrification. It was possible to apply approximately twice the load supported by an activated sludge system, nitrification was extended until low solids retention times related to the aerobic and suspended biomass, and denitrification has occurred efficiently. The specific growth rate of nitrifying bacteria in attached biomass has resulted similar to that observed in suspended biomass.