Mobilidade de contaminantes em solos arenosos após a aplicação de águas residuárias tratadas produzidas em indústria siderúrgica / Contaminant mobility in sandy soils after application of treated wastewater produced in the steel industry

RESUMO Este trabalho teve como objetivo realizar um estudo de modelagem da dispersão de contaminantes no solo com águas residuárias produzidas e tratadas em uma indústria siderúrgica. Para isso, foram realizados ensaios de coluna de lixiviação utilizando amostras de solo coletadas nas áreas dentro da indústria onde aconteceria o reúso das águas residuárias tratadas nas estações de tratamento da própria siderúrgica. Com base nos ensaios, foram geradas curvas de eluição (breakthrough curves), para análise da mobilidade dos contaminantes no solo, e obtidos os parâmetros de transporte (coeficiente de dispersão, retardamento e dispersividade). As águas residuárias produzidas na siderúrgica apresentam baixas concentrações de metais pesados após o tratamento realizado, sendo apenas o ferro e o zinco, contaminantes de maior preocupação para a disposição no solo. Os solos analisados, com elevado percentual de areia, demonstraram ineficiência na retenção dos contaminantes presentes, aumentando os riscos de contaminação da água subterrânea. Conclui-se que, para a indústria siderúrgica realizar o reúso não potável das águas residuárias, deve-se associar este a técnicas de manejo e conservação do solo que aumentem a capacidade do solo em adsorver contaminantes, ou de impermeabilização na área de resfriamento de placas.

ABSTRACT This research aimed to carry out a modeling study on the dispersion of contaminants in the soil with wastewater produced and treated in a steel industry. For this purpose, column leaching tests were performed using soil samples collected in areas inside the industry where the reuse of treated wastewater would occur. Based on the tests, elution curves (breakthrough curves) were generated to analyze the mobility of contaminants in the soil, and transport parameters were obtained (dispersion coefficient, delay, and dispersivity). The wastewater produced in the steelworks has low concentrations of heavy metals after the wastewater treatment is carried out, with only iron and zinc posing a risk for wastewater disposal. The analyzed soils, with a high percentage of sand, showed a low retention capacity for the contaminants present, increasing the risks of groundwater contamination. Therefore, the non-potable reuse of treated wastewater is possible in the steel industry, but it must be associated with soil management and conservation techniques that increase the capacity of the soil to adsorb its contaminants or the impermeabilization in the area of plate cooling.

Fatores que influenciam a produção de ácidos carboxílicos a partir de resíduos agroindustriais / Factors that influence the production of carboxylic acids from agroindustrial wastes

RESUMO Os ácidos carboxílicos (ACs) são componentes químicos de base produzidos principalmente a partir da plataforma petroquímica. Entretanto, em razão de impactos ambientais, risco de escassez e elevados preços do petróleo, a produção biológica de AC por meio da digestão anaeróbia de recursos renováveis de baixo custo, como resíduos orgânicos das atividades agroindustriais, vem recebendo atenção crescente. Nesse contexto, o presente artigo objetiva discutir o processo de digestão anaeróbia aliada ao alongamento de cadeia carboxílica, a fim de orientar tomadas de decisão, como, por exemplo, escolha do substrato e definição das condições ambientais e dos parâmetros operacionais. Em geral, as condições que apresentam melhor viabilidade para produção de ácidos carboxílicos de cadeia média (ACCM) são: pH próximo a 6,0; temperatura mesofílica, já que oferece maior estabilidade operacional e os rendimentos obtidos em condições termofílicas não se mostram muito superiores; pressão parcial de hidrogênio (PPH) próxima a 10-5 aliada à limitação de CO2; tempo de residência celular (θc) inferior a 5 dias; e tempo de detenção hidráulica (TDH) baixo para sistemas contínuos. Uma das configurações mais promissoras é o uso de sistemas de dois estágios utilizando baixo pH como inibidor da metanogênese e extração de ACs em linha, para evitar a inibição devido à toxicidade dos produtos.

ABSTRACT Carboxylic acids (CA) are basic chemical components produced mainly through the petrochemical platform. However, due to environmental impacts, risk of scarcity and high petroleum prices, organic production of CA from the anaerobic digestion of low-cost renewable resources, such as organic wastes from agro-industrial activities, has been receiving increasing attention. In this context, the present paper aims to discuss the process of anaerobic digestion allied to the carboxylic chain elongation process, in order to guide decision making such as substrate choice, definition of environmental conditions, and operational parameters. In general, the conditions that present the best viability for MCCA production are: pH close to 6.0; mesophilic temperature since it offers greater operational stability and the yields obtained under thermophilic conditions are not much higher; hydrogen partial pressure (HPP) close to 10-5 combined with CO2 limitation; solids retention time (θc) < 5 days and low hydraulic retention time (HRT) for continuous systems. One of the most promising configurations is the use of two-stage systems using low pH as a methanogenesis inhibitor and inline CA extraction to avoid inhibition due to product toxicity.

Caracterização físico-química e determinação de coeficientes cinéticos aeróbios de remoção da matéria orgânica de águas residuárias agroindustriais / Physical-chemical characterization and determination of aerobic kinetic coefficients for the removal of organic matter from agro-industrial wastewater

RESUMO Os objetivos do presente trabalho foram realizar uma caracterização físico-química de diferentes águas residuárias agroindustriais (ARA) e aplicar modelos cinéticos de primeira e de segunda ordem para verificar qual deles descreve melhor a progressão da demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e para determinar coeficientes cinéticos aeróbios de remoção da matéria orgânica das ARA. Efetuou-se o ensaio de progressão da DBO pela incubação de ARA em um sistema respirométrico (Oxitop®). Os modelos cinéticos de primeira e de segunda ordem foram avaliados por erro quadrático médio (RMSE), erro quadrático médio normalizado (NRMSE) e critério de informação de Akaike (AIC). A cinética de biodegradação aeróbia das ARA avaliadas ajustou-se melhor ao modelo de primeira ordem em termos de DBO total e solúvel. Na progressão de DBO total, o maior coeficiente de desoxigenação de primeira ordem (k') foi o da água residuária de abatedouro - ARB (0,56 d-1) - e o menor foi o da água residuária de suinocultura - ARS (0,16 d-1). Os coeficientes de desoxigenação determinados no presente trabalho mostraram-se representativos, podendo ser utilizados para a simulação de processos de degradação da matéria orgânica em condições aeróbias.

ABSTRACT The aim of the present work was to perform a physicochemical characterization of different agroindustrial wastewaters (AIW), to apply first and second order kinetic models to verify which one best describes the progression of the biochemical oxygen demand (BOD) and to determine the aerobic kinetics coefficients of organic matter removal from AIW. The BOD progression assay was performed from the incubation of AIW in a respirometric system (Oxitop®). The first and second order kinetic models were evaluated by mean square error (RMSE), normalized mean square error (NRMSE), and Akaike Information Criterion (AIC). The aerobic biodegradation kinetics of the AIW evaluated was better fitted to the first order model in terms of total and soluble BOD. In the total BOD progression, the highest coefficient of first-order deoxygenation (k ') was that of slaughterhouse wastewater (SW; 0.56 d-1) and the lowest was that of swine wastewater (SSW; 0.16 d-1). The deoxygenation coefficients determined in the present work were representative, and can be used for the simulation of degradation processes of organic matter under aerobic conditions.

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.

Characterization of an acidification and equalization tank (AET) operating as a primary treatment of swine liquid effluent

This work evaluated the potential of the acidification equalization tank (AET) used as a primary treatment unit, treating the hog farming wastewater. The treatment system consisted of a degritter with a triangular-notch weir, for measuring the flow, a static sieve, and an acidification and equalization tank (AET), an anaerobic baffled reactor (ABR), an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, a settling tank, a greenhouse for fertirrigation and two infiltration ponds. The AET had a net capacity of 8,000 liters, internally covered with asphalt blanket, worked based on surface loading rates application. The unit operated continuously, with its flow varying from 0.1 to 10 L s-1. To determine the efficiency, the following parameters were measured: pH; COD; BOD; volatile and fixed solids; settleable solids; total, intermediate and partial alkalinity and total acidity. The COD removal varied from 5 to 20%. The average pH was 7.3 and the total, intermediate and partial alkalinity in the effluent, were 1919, 846, 1197 mg L-1, respectively. The total acidity in the effluent was 34 mg L-1. The influent and effluent total BOD and oil & grease concentrations were 3436 and 3443 mg L-1, and 415 and 668 mg L-1, respectively. It was found that the AET worked properly concerning the acidification, equalization and sedimentation processes, confirming low cost of implementation and easy operation, when compared to other traditional decanters.

Characterization of the biomass of a hybrid anaerobic reactor (HAR) with two types of support material during the treatment of the coffee wastewater

This study investigated the microbiology of a hybrid anaerobic reactor (HAR) in the removal of pollutant loads. This reactor had the same physical structure of an UASB reactor, however with minifilters inside containing two types of support material: expanded clay and gravel. Two hydraulic retention times (HRT) of 24h and 18h were evaluated at steady-state conditions, resulting in organic loading rates (OLR) of 0.032 and 0.018 kgDBO5m-3d-1 and biological organic loading rates (BOLR) of 0,0015 and 0.001 kgDBO5kgSVT- 1d¹, respectively. The decrease in concentration of organic matter in the influent resulted an endogenous state of the biomass in the reactor. The expanded clay was the best support material for biofilm attachment.

Anaerobic digestion of wastewater from coffee and chemical analysis of biogas produced using gas chromatography: quantification of methane, and potential energy gas exchanger / Digestão anaeróbia de águas residuárias do café e análise química do biogás produzido por cromatografia gasosa: quantificação de metano e potencial de troca gasosa de energia

Methane is the main constituent of biogas, being responsible for its calorific value. This work objective was to present the analysis of methane concentration in the biogas originated from anaerobic treatment system of wastewater of coffee wet processing (CWP) at laboratory scale, using coffee coconut. The methane concentration were performed by gas-solid chromatography (GSC) analyses. The system was composed of a column Restek RT-Q-PLOT, with the stage sets, the divinyl-benzene, nitrogen as mobile phase and a flame ionization detector (FID). The results of the concentration of methane in the biogas ranged from 48.60 to 68.14%. The upper and lower calorific values were 25,654 and 23,777 kJ.m-3, respectively. For interchangeability, obtained a Wobbe number of 7,851 kcal.m-3, resulting in their interchangeability with piped gas (city gas).

O metano é o principal constituinte do biogás, sendo o responsável pelo seu poder calorífico. Neste trabalho, são apresentadas as análises da concentração de metano no biogás produzido a partir do tratamento das águas residuárias do processamento por via úmida do café (ARC) em sistema de tratamento anaeróbio em escala de laboratório, sendo utilizado o café coco para a produção destas ARC. As análises foram realizadas por cromatografia gás-sólido (CGS), sendo o sistema composto de uma coluna Restek RT-Q-PLOT, tendo como fase fixa, o divinil-benzeno; do nitrogênio como fase móvel e um detector de ionização de chama (DIC). Os resultados da concentração de metano no biogás variaram de 48,60 a 68,14 %, sendo estas variações obtidas em função dos parâmetros do processo de tratamento. Os poderes caloríficos superior e inferior foram de 25.654 e 23.777 kJ.m-3, respectivamente. Para a permutabilidade, obteve-se um número de Wobbe de 7.851 kcal.m-3, resultando na sua permutabilidade com o gás canalizado (gás da cidade).

Start-up and steady-state conditions of an Anaerobic Hybrid Reactor (AHR) using mini-filters composed with two types of support medium operating under low loading rates

The present work aimed at studying the operational parameters of an Anaerobic Hybrid Reactor (AHR) removing organic matter of coffee wastewater with low concentration. The AHR was built similar to an UASB reactor, however the interior was filled with mini-filters composed by two types of support materials: expanded clay and rolled pebble. Three start-ups were accomplished in order to achieve the stationary state (steady-state). Three hydraulic retention times were appraised: 28.5; 24.0 and 18.0 h, obtaining a volumetric loading rate (VLR) of 0.70; 0.56; 0.54 kg COD m-3 d-1 and a biological organic loading rate (BOLR) of 0.0156; 0.0103 and 0.01213 kg BOD5 kg TVS-1 d-1. Due to the decrease in the concentration of organic matter in the influent, the endogen process started to occur on the biomass lowering the methanogenic process.