Résumé
Resumen En esta investigación se desarrolló un Reactor Flujo Pistón (RFP) de lodos activados, que fue empleado para determinar el Tiempo de Retención Celular (TRC) óptimo para tratar cargas altas de lixiviado y estimar el comportamiento cinético del sistema con el fin que sirva de base para proyecciones de escalamiento y diseño de reactor de este tipo a escala real. Para ello se realizó el diseño, la construcción y puesta en marcha del RFP a nivel de laboratorio (capacidad de 50L) en condiciones de operación continua con recirculación de lodo y se utilizó como sustrato lixiviado procedente del relleno sanitario El Guayabal de la ciudad de Cúcuta. Se determinó como parámetros de control cuatro TRC diferentes entre 5 y 20 días diferenciada por etapas. Se evaluaron las variables de pH, Temperatura, Oxígeno disuelto y Sólidos Suspendidos Volátiles en el Licor Mixto (SSVLM). En cuanto al control y monitoreo de la eficiencia de remoción se escogió la Demanda Química de Oxígeno (DQO) como parámetro para medir la degradación de materia orgánica, dado que este parámetro a diferencia de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) puede ser calculado en un menor tiempo. El sistema biológico RFP alcanzó estabilizarse en un período de operación entre 20 y 25 días con remociones promedio mayores a 92% para TRC de 15 y 20 días mientras que TRC menores reportaron remociones promedio por debajo del 86%. Así mismo TRC de 15 permitió un Factor de carga (F/M) óptima promedio de 1.1 KgDQO/KgSSV.d. Las constantes cinéticas obtenidas en esta investigación, representativas para un sistema de RFP operado a escala laboratorio para remoción de materia orgánica carbonacea en lixiviados fueron: KS= 836.5 mg/L DQO, k=4.8123 d1, Y= 0.089 mg SSVLM/mg DQO y kd= 0.018 d-1, ajustados por regresión al modelo matemático de Lawrence y McCarty al poseer una correlación de 0.97 entre los datos experimentales obtenidos y el modelo y amplia aplicación en el campo de diseño de reactores de lodos activados.
Abstract An activated sludge processes (ASP) plug flow reactor (PFR) was developed in this research and used for determining optimal cell residence time (CRT) for treating high leachate loads and estimating the system's kinetic behaviour as a basis for scaling projections and this type of reactor design at full-scale. The RFP was designed, built and put into operation in the laboratory (50L capacity) involving continuous operation conditions with sludge recirculation; leached substrate from the city of Cúcuta's El Guayabal landfill was used. Four 5-day CRTs (ranging from 5 to 20 days) were used as control parameters. Variables were evaluated regarding pH, temperature, dissolved oxygen and mixed liquor volatile suspended solids (MLVSS). Regarding removal efficiency control and monitoring, chemical oxygen demand (COD) was chosen as a parameter for measuring organic matter degradation since COD (unlike biochemical oxygen demand (BOD5)) can be calculated in a shorter time. The RFP biological system became stabilised in a 20- to 25-day operating period, having greater than 92% average removal for 15- and 20-day CRTs, whilst lower CRTs reported lower than 86% average removal. A 15-day TRC gave an average 0.26 kgDQO/kgSSV.d optimal load factor (F/M). The representative kinetic constants obtained in this research for a laboratory-scale PFR system for the removal of carbonaceous organic matter in leachates were KS = 836mg COD / l, k = 4.8123 d1, Y = 0.089 mg SSVLM / mg COD and kd = 0.018 d-1, adjusted by regression using Lawrence and McCarty's mathematical model (having 0.97 correlation between the experimental data and the model). Such model should have broad application in the field of ASP-type PFRs.
Resumo Nesta pesquisa, um Reator de lodo ativado de Fluxo de Pistão (RFP) foi desenvolvido para determinar o Tempo de Retenção Celular (CRT) ideal para tratar altas cargas de lixiviado e estimar o comportamento cinético do sistema, a fim de servir de base para projetar o reator em escala real. Para isso, foram realizados RFP em nível de laboratório (capacidade de 50L) em condições de operação contínua com recirculação de lodo e foi utilizada como substrato lixiviado do aterro El Guayabal na cidade de Cúcuta. Usando quatro diferentes CRTs entre 5 e 20 dias como fatores de bloqueio. Foram avaliadas as variáveis pH, Temperatura, Oxigênio Dissolvido e Sólidos Suspensos Voláteis no Licor Misto (SSVLM). Em relação ao controle e monitoramento da eficiência de remoção, a Demanda Química de Oxigênio (DQO) foi escolhida como parâmetro para medir a degradação da matéria orgânica, uma vez que este parâmetro, ao contrário da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5), pode ser calculado em um tempo mais curto. O sistema biológico da RFP se estabilizou em um período de operação entre 20 e 25 dias com remoções médias superiores a 92% para TRC de 15 e 20 dias, enquanto TRC menores mostraram remoções médias abaixo de 86%. Da mesma forma, TRC de 15 dias permitiu um fator de carga ideal médio (F / M) de 0,26 KgDQO / d. As constantes cinéticas obtidas nesta pesquisa, representativas de um sistema RFP operado em escala de laboratório para remoção de matéria orgânica carbonácea em lixiviados foram: KS = 836mg COD / l, k = 4,8123 d1, Y = 0,089 mg SSVLM / mg COD e kd = 0,018 d-1, ajustado por regressão ao modelo matemático de Lawrence e McCarty, tendo uma correlação de 0,97 entre os dados experimentais obtidos e o modelo e ampla aplicação na área de projeto de reatores de lodo ativado.
Résumé
Abstract Salt water recirculation systems using automatic feeders are a new frontier for marine aquaculture. It is possible to decrease the vulnerability of the traditional fish farming in open systems and reduce wasteful feeding and discharge of effluents, as well as increase the economic returns. An experiment with common snook fingerings (4.31 ± 1.42 g and 8.4 ± 1.0 cm) was performed. Three feeding treatments were evaluated: six, twelve and eighteen feeding times per day. Each treatment had three replications. Among the three tested frequencies (fed 6, 12 and 18 times a day), the feeding frequency of 12 times per day (every two hours) showed the best values of the parameters evaluated for production performance. The final weight values, condition factor, specific growth rate and daily weight gain of the treatment 12 feeding times per day were all significantly higher than the lower and higher frequencies. Our results demonstrate that high feeding frequency is not synonymous of higher performance, but is extremely necessary to find out the best range for the target species. Besides, this relationship between feeding frequency and growth performance might change over weight range. Therefore, future studies should address higher weight ranges for comparison to our results.
Resumo Sistemas de recirculação de água salgada utilizando alimentadores automáticos são uma nova fronteira para a aquicultura marinha. Possibilitam diminuir a vulnerabilidade dos cultivos em sistemas abertos e conferir redução de desperdício de ração e lançamento de efluentes, assim como elevar o retorno econômico. Foi realizado um experimento com juvenis de Robalo-flecha (4,31 ± 1,42 g e 8,4 ± 1,0 cm). Três frequências alimentares foram avaliadas: alimentação seis vezes ao dia; doze vezes ao dia, e; dezoito vezes ao dia. Cada tratamento teve três repetições. Dentre as três frequências avaliadas a frequência alimentar de 12 vezes ao dia foi a que apresentou os melhores valores para os parâmetros zootécnicos avaliados. Os valores obtidos de peso final, fator de condição, taxa de crescimento específico e ganho de peso diário foram todos maiores para a frequência de 12 vezes ao dia do que os obtidos para as frequências maior e menor. Nossos resultados demonstram que elevadas frequências alimentares não são sinônimo de melhor desempenho produtivo, mas é extremamente importante conhecer a frequência ideal para a espécie a ser cultivada. Além disto, a relação entre frequência alimentar e crescimento pode mudar de acordo com a faixa de peso dos indivíduos. Desta forma, é extremamente importante que trabalhos futuros avaliem as frequências aqui estudadas para comparar os resultados em indivíduos maiores.
Sujets)
Animaux , Perciformes/croissance et développement , Aquaculture/méthodes , Régime alimentaire/médecine vétérinaire , Répartition aléatoire , Aliment pour animaux/analyseRésumé
Abstract Salt water recirculation systems using automatic feeders are a new frontier for marine aquaculture. It is possible to decrease the vulnerability of the traditional fish farming in open systems and reduce wasteful feeding and discharge of effluents, as well as increase the economic returns. An experiment with common snook fingerings (4.31 ± 1.42 g and 8.4 ± 1.0 cm) was performed. Three feeding treatments were evaluated: six, twelve and eighteen feeding times per day. Each treatment had three replications. Among the three tested frequencies (fed 6, 12 and 18 times a day), the feeding frequency of 12 times per day (every two hours) showed the best values of the parameters evaluated for production performance. The final weight values, condition factor, specific growth rate and daily weight gain of the treatment 12 feeding times per day were all significantly higher than the lower and higher frequencies. Our results demonstrate that high feeding frequency is not synonymous of higher performance, but is extremely necessary to find out the best range for the target species. Besides, this relationship between feeding frequency and growth performance might change over weight range. Therefore, future studies should address higher weight ranges for comparison to our results.
Resumo Sistemas de recirculação de água salgada utilizando alimentadores automáticos são uma nova fronteira para a aquicultura marinha. Possibilitam diminuir a vulnerabilidade dos cultivos em sistemas abertos e conferir redução de desperdício de ração e lançamento de efluentes, assim como elevar o retorno econômico. Foi realizado um experimento com juvenis de Robalo-flecha (4,31 ± 1,42 g e 8,4 ± 1,0 cm). Três frequências alimentares foram avaliadas: alimentação seis vezes ao dia; doze vezes ao dia, e; dezoito vezes ao dia. Cada tratamento teve três repetições. Dentre as três frequências avaliadas a frequência alimentar de 12 vezes ao dia foi a que apresentou os melhores valores para os parâmetros zootécnicos avaliados. Os valores obtidos de peso final, fator de condição, taxa de crescimento específico e ganho de peso diário foram todos maiores para a frequência de 12 vezes ao dia do que os obtidos para as frequências maior e menor. Nossos resultados demonstram que elevadas frequências alimentares não são sinônimo de melhor desempenho produtivo, mas é extremamente importante conhecer a frequência ideal para a espécie a ser cultivada. Além disto, a relação entre frequência alimentar e crescimento pode mudar de acordo com a faixa de peso dos indivíduos. Desta forma, é extremamente importante que trabalhos futuros avaliem as frequências aqui estudadas para comparar os resultados em indivíduos maiores.
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RESUMO O desenvolvimento da aquicultura intensiva é acompanhado de um crescente impacto ambiental produzido pelos efluentes gerados. Os sistemas de recirculação para aquicultura (SRA) são uma alternativa compacta e trabalham com elevadas densidades de estocagem e menores volumes de água. Foi utilizado um decantador de coluna (DC) associado ao reator aeróbio de leito fluidizado com circulação em tubos concêntricos (BAS-CT) com tempo de retenção hidráulica (TRH) de 0,55 e 0,20 h respectivamente, num SRA com tilápias de 0,32 kg de peso médio e densidade de estocagem de 33,1 kg.m-3 em relação à remoção do nitrogênio amoniacal total (NAT), demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e demanda química de oxigênio (DQO). As eficiências na remoção de NAT, DBO e DQO foram 35,2, 48,0 e 64,9%, respectivamente. No uso de DC com o BAS-CT, obteve-se bom desempenho, com baixos TRH no tratamento do efluente.
ABSTRACT The development of intensive aquaculture is accompanied by an increasing environmental impact produced by the wastewater generated. The recirculating aquaculture systems (RAS) are a compact alternative and manage high stocking densities and lower volumes of water. It was used a column settler (CS) associated with aerobic fluidized bed reactor (BAS-CT) with hydraulic retention time (HRT) of 0.55 and 0.20 h respectively, in RAS with tilapias with average weight of 0.32 kg and storage density of 33.1 kg.m-3 regarding the removal of total ammonia nitrogen (TAN), biochemical oxygen demand (BOD) and chemical oxygen demand (COD). The removal efficiencies of TAN, BOD and COD were 35.2, 48.0 and 64.9%, respectively. The use of CS with the BAS-CT showed a good performance with low HRT in the treatment of this effluent.
Résumé
Recirculating aquaculture systems allow increased productivity during larval stages due to a greater control of water quality parameters. Dorada larvae (Brycon moorei) were used 12 hours post hatching (HPE) to evaluate three planting densities with four replicates per treatment and 10, 20 and 30 larvae L-1 (T1, T2 and T3, respectively). The larvae were fed with Bocachico (Prochilodus magdalenae) larvae, Artemia salina nauplii and a 40% crude protein (CP) commercial diet for 15 days. Results showed significant differences between treatments (p<0.0001) for weight gain and specific growth rate (TCE), where T1 performed better (73.24±19 mg and 14.21±5.02%, respectively); followed by T3 (67.15±24.3 mg and 13.94±7.51%) and T2 (55.67±18.33 mg and 13.36±5.75%). Survival rate was inversely related to density, with highly significant difference (p <0.0001) (39.37±6.84%, 28.00±2.80% and 14.87±6.47%) for T1, T2 and T3, respectively. Simultaneously, cannibalism was directly related to planting density. The highest profitability was obtained with T2.
Los sistemas con recirculación para acuicultura permiten el incremento de la productividad en la etapa de larvicultura, debido al mayor control de los parámetros de calidad de agua. Larvas de dorada (Brycon moorei) de 12 horas post eclosión (HPE) fueron utilizadas para evaluar tres densidades de siembra con cuatro replicas por tratamiento, 10, 20 y 30 larvas L-1 (T1, T2 y T3, respectivamente). Las larvas fueron alimentadas durante 15 días, con larvas de bocachico (Prochilodus magdalenae), nauplios de Artemia salina y una dieta comercial de 40% de proteína cruda (PC). Al final del experimento, los resultados muestran diferencias altamente significativas entre los tratamientos (p<0.0001) para ganacia de peso y tasa de crecimento específica (TCE), obteniendo un major desempeñoen T1 (73,24±19 mg y 14,21±5,02%, respectivamente); seguido por T3 (67,15±24,3 mg y 13,94±7,51%) y T2 (55,67±18,33 mg y 13,36±5,75%). La sobrevicencia se relacionó de manera inversa con la densidad con diferencia altamente significativa (p<0.0001) (39,37±6,84%; 28,00±2,80% y 14,87±6,47%) para T1, T2 y T3, respectivamente y, simultáneamente, el canibalismo fue directamente relacionado con la densidad de siembra. Por otro lado, la mayor rentabilidad fue obtenida con T2.
Os sistemas de recirculação de aquicultura permitir o aumento da produtividade na fase de larvicultura devido ao melhor controle dos parâmetros de qualidade da água. Larvas Bream (Brycon moorei) 12 horas após a eclosão (HPE) foram utilizados para avaliar três densidades de estocagem, com quatro repetições por tratamento, 10, 20 e 30 larvas L-1 (T1, T2 e T3, respectivamente). As larvas foram alimentadas durante 15 dias com bocachico larvas (Prochilodus magdalenae), náuplios Artemia salina e uma dieta comercial de proteína bruta de 40% (CP). No final da experiência, os resultados mostraram diferenças altamente significativas entre tratamentos (p < 0,0001) para o ganho de peso e taxa específica de crecimento (TEC), obtendo-se um grande desempeño en T1 (73,24±14,21 mg e 19±5,02%, respectivamente); seguido de T3 (67,15±24,3 mg e 13,94±7,51%) e T2 (55,67±18,33 mg e 13,36±5,75%). O sobrevicencia está inversamente relacionada com a densidade, com diferença altamente significativa (p<0,0001) (39,37±6,84%; 28,00%±2,80 e 14,87±6,47%) para T1 , T2 e T3, respectivamente e, simultaneamente, o canibalismo foi diretamente relacionada à densidade de estocagem. Por outro lado, o maior rendimento foi obtido com T2.
Résumé
The main objective of this study was to evaluate the ammonia removal efficiency in the wastewater treatment system of an intensive tilapia laboratory production system with water recirculation. The system comprised of a conventional sedimentation basin and an aerobic three-phase fluidized-bed reactor with circulation, operated at hydraulic detention times of 176.4 and 11.9 minutes respectively. Granular activated carbon was used as carrier with apparent density of 1.64 g/cm³ and effective size of 0.34 mm; the carrier concentration into the reactor was maintained constant at 80 g/L. Mean removal efficiency of total ammonia nitrogen was 41.2%. The evaluated system is an effective option for water reuse in aquaculture recirculating systems. In spite of ammonium nitrogen concentration variability which average value was 0.136 mg/L, the reactor influent maintained water quality characteristics in stable conditions, with average concentrations of ammonia nitrogen of 0.079 mg/L and dissolved oxygen concentration of 6.70 mg/L, recommended for fish culture and within the permitted values by the Brazilian legislation (CONAMA Resolution No. 357 of march 5 of 2005) for the disposal of final effluent in receiving water bodies.
O objetivo deste trabalho foi monitorar o desempenho de remoção de nitrogênio amoniacal no tratamento das águas residuárias da produção intensiva de tilápia nilótica em sistema com recirculação de água. O sistema foi constituído por um sedimentador convencional e um reator aeróbio de leito fluidizado trifásico com circulação, operados com tempos de detenção hidráulica de 176.4 e 11.9 minutos respectivamente. O meio suporte utilizado no reator foi o carvão ativado granular com densidade aparente de 1.64 g/cm³ e tamanho efetivo de 0.34 mm; a concentração do meio suporte no reator foi mantida constante em 80 g/L. A eficiência média de remoção do nitrogênio amoniacal total foi de 41.2%. O sistema avaliado é uma alternativa efetiva para o reuso da água em sistemas de recirculação para aqüicultura. Embora a variabilidade das concentrações do nitrogênio amoniacal afluente cujo valor médio foi de 0.136 mg/L, o efluente do reator conservou as características de qualidade da água estáveis, com concentrações médias de nitrogênio amoniacal de 0.079 mg/L e do oxigênio dissolvido de 6.70 mg/L, recomendáveis para a criação dos peixes e nas faixas de valores permitidos pela legislação Brasileira (Resolução CONAMA No. 357 de março 5 de 2005) para lançamento de efluentes finais nos corpos de água receptores.
El objetivo de este trabajo fue monitorear el desempeño de remoción de nitrógeno amoniacal en el tratamiento de las aguas residuales de producción intensiva de tilapia nilótica en un sistema con recirculación de agua. El sistema estuvo constituido por un sedimentador convencional y un reactor aerobio de lecho fluidizado trifásico con circulación, operados con tiempos de retención hidráulica de 176.4 y 11.9 minutos, respectivamente. El medio soporte utilizado en el reactor fue carbón activado granular con densidad aparente de 1.64 g/cm³ y tamaño efectivo de 0.34 mm; la concentración del medio soporte en el reactor se mantuvo constante en 80 g/L. La eficiencia media de remoción del nitrógeno amoniacal total fue de 41.2%. El sistema evaluado es una alternativa efectiva para el reuso del agua en sistemas de recirculación para acuicultura. Pese a la variabilidad de las concentraciones de nitrógeno amoniacal afluente cuyo valor promedio fue de 0.136 mg/L, el efluente del reactor mantuvo las características de calidad del agua en condiciones estables, con concentraciones promedio de nitrógeno amoniacal de 0.079 mg/L y de oxígeno disuelto de 6.70 mg/L, recomendables para el cultivo de los peces y en los valores permitidos por la legislación Brasilera (Resolución CONAMA No. 357 de marzo 5 de 2005) para lanzamiento de efluentes finales en cuerpos de agua receptores.
Résumé
O objetivo do trabalho foi avaliar o crescimento, a composição e o perfil lipídico corporal de jundiás criados em diferentes densidades de estocagem (DE: 4,2; 6,4; 8,6 e 10,8kg m-3) em sistema com recirculação de água. Durante 120 dias, 420 peixes (peso inicial=182,95±2,96g) foram alimentados uma vez ao dia, até a saciedade aparente, com dieta peletizada formulada. Observou-se que, quanto maior a DE utilizada, menor é o peso individual dos peixes, entretanto a biomassa por tanque aumentou (P<0,05). Melhor conversão alimentar (1,69) e maior quantidade de gordura intraperitoneal (3,92) foram observadas nos peixes submetidos à densidade 4,2kg m-3. A proteína corporal foi afetada pelas DEs. Ocorreu diminuição dos ácidos graxos saturados e aumento dos insaturados nos peixes de acordo com o aumento das DEs. Conclui-se que a densidade de estocagem influência no peso final e na produtividade por volume do jundiá.
The aim of this research was to evaluate growth and body composition of jundiá farmed at different stocking densities (SD: 4.2, 6.4, 8.6 and 10.8kg m-3) in a water re-use system. During 120 days, 420 fish were fed near to satiation once a day. It was observed that in the highest SD, the individual fish weight was lower, however the biomass per tank increased (P<0.05). The best feed conversion ratio (1.69) and intraperitoneal fat (3.92 percent) were observed in fish subjected to density of 4.2kg m-3. The body protein was affected by SD. Saturated fatty acids decreased and unsaturated fatty acids increased according to the increase of SD. It was concluded that stocking density influences the final size and yield per volume of jundiá.
Résumé
O objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho de um sistema de tratamento de lixiviado de aterro sanitário, em escala piloto, formado por três lagoas em série (L1, L2 e L3) seguidas por um filtro de pedras (FP). Foram estudadas três condições operacionais, verificando-se o efeito da recirculação do efluente da L3 para a L1: 0, 50 e 100 por cento da vazão. O sistema absorveu bem as flutuações de cargas, apresentando remoções superiores a 80 por cento para DBO F, 70 por cento para DQO T e 98 por cento para nitrogênio amoniacal. Na lagoa L2 houve nitrificação parcial, com acúmulo de nitritos. Ocorreu presença marcante do gênero Chlamydomonas nas lagoas L2 e L3 fotossintéticas. Observou-se diminuição da toxicidade do lixiviado, com reduções superiores a 95 por cento na saída do sistema. A melhor eficiência de remoção para as três condições operacionais estudadas foi obtida com 100 por cento de recirculação.
The objective of this study was to evaluate the performance of a landfill leachate treatment system, at pilot scale, formed by three in series ponds (L1, L2, and L3) followed by a rock filter. Three operational conditions were studied, assessing the effluent recirculation effect from L3 to L1: 0, 50 and 100 percent of the flow rate. The system assimilated well the load fluctuations, showing removal efficiencies over 80 percent for BOD F, 70 percent for COD T and 98 percent for ammonia. In the L2 pond there was partial nitrification with nitrite accumulation. It was observed an outstanding presence of the Chlamydomonas gender in photosynthetic ponds L2 and L3. A reduction of the toxicity from the landfill leachate was observed, with reduction of over 95 percent in the system output. The better removal efficiency for the three studied operational conditions was obtained for 100 percent of recirculation.
Résumé
Apresentam-se, neste trabalho, os resultados (i) da caracterização da água de lavagem de filtros (ALF) da estação de tratamento de água da Universidade Federal de Viçosa (ETA- UFV); (ii) de ensaios de clarificação da ALF em colunas de sedimentação, com e sem uso de polímeros; (iii) de ensaios de recirculação de ALF em ETA piloto (EP), sob condições variadas de razão de recirculação (5 a 20 por cento de incremento de vazão) e de turbidez da mistura de água bruta (AB) com ALF (12,1 a 257,3 uT). Na ALF foram encontradas concentrações em ordem de grandeza de 10¹ cistos de Giardia spp. e oocistos de Cryptosporidium spp. por litro. Os resultados dos ensaios em coluna de sedimentação e de recirculação na EP demonstraram que a clarificação da ALF com uso de polímeros contribui para a minimização de perigos associados à introdução de cistos de Giardia e oocistos de Cryptosporidium.
This paper presents the results of (i) the characterization of the filter backwash water (FBW) of Viçosa University water treatment plant; (ii) trials of FBW clarification in sedimentation columns, with and without polymer application; (iii) trials of FBW recycling in a pilot plant, under variable conditions of recycling flow rates (5 to 20 percent of the raw water flow - RW) and of the influent water (RW + FBW) turbidity (12.1 to 257.3 uT). Around 10¹ Giardia spp. cysts and Cryptosporidium spp. oocysts per liter were found in the FBW. The results of sedimentation columns and recycling trials demonstrated that FBW clarification using polymers contributes to minimize hazards related to the introduction of Giardia cysts and Cryptosporidium oocysts.