Gerenciamento de resíduos sólidos orgânicos do Consórcio do Maciço de Baturité: Análise técnica e econômica da geração de biogás por aterro sanitário e usina de digestão anaeróbia / Management of solid organic waste of the Baturité Massif Consortium: a technical and economic analysis of biogas generation from a landfill and an anaerobic digestion plant

RESUMO Os sistemas de recuperação de biogás contribuem para a mitigação de gases do efeito estufa, além de agregarem valor econômico ao processo de decomposição anaeróbia da matéria orgânica. O presente trabalho busca analisar os potenciais energéticos e a viabilidade econômica de implementação de um sistema de recuperação de biogás de aterro sanitário (cenário 1) ou de uma usina de digestão anaeróbia (cenário 2) para o Consórcio do Maciço de Baturité no estado do Ceará, Brasil. Para isso, foi estimada a projeção populacional, seguida da estimativa da produção de biogás pelo software LandGEM. Para o sistema de recuperação de biogás do aterro sanitário, foi obtida a potência ótima de 460 kW, com geração de energia máxima de 3.223.680 kWh/ano, enquanto, para a usina de digestão anaeróbia, foram obtidos valores de potência e energia de 252 kW e 1.986.754,86 kWh, respectivamente. De acordo com a análise econômica, ambos os projetos possuem inviabilidade de implementação, todavia o preço da unidade de energia gerada (kWh) é 42,42% maior para a usina de digestão anaeróbia em relação ao do sistema de recuperação de biogás do aterro sanitário. A metodologia aplicada pode ser utilizada para estudos preliminares em outros tipos de consórcio, contribuindo para melhores gerenciamento de resíduos e aproveitamento energético de sistemas de biogás no país.

ABSTRACT Biogas recovery systems contribute to the mitigation of greenhouse gases, besides adding economic value to the anaerobic decomposition of organic matter. This research aims to analyze the energy potentials and economic feasibility of implementing a landfill biogas recovery system (scenario 1) and an anaerobic digestion plant (scenario 2) for the Baturité Massif Consortium in the state of Ceará, Brazil. To that end, a population projection followed by an estimate of biogas production were made using the LandGEM software. For the biogas recovery system of the landfill, an optimum power of 460 kW and a maximum energy generation of 3,223,680 kWh/yr were obtained, whereas the anaerobic digestion plant resulted a power and energy of 252 kW and 1,986,754.86 kWh respectively. According to the economic analysis, both projects are unfeasible, but the price of the energy unit generated (kWh) is 42.42% higher for the anaerobic digestion plant than for the biogas recovery system of the landfill. The methodology applied can be used for preliminary studies in other consortiums, contributing to a better waste management and energy use of biogas systems in the country.

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.

Aplicabilidade de sistema reator anaeróbio compartimentado seguida de filtro anaeróbio no tratamento de efluentes de suinocultura de pequeno porte / Applicability of compartmentalized anaerobic reactor system followed by anaerobic filter on small swine wastewater treatment

RESUMO O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho de um sistema composto de reator anaeróbio compartimentado (RAC) seguido por filtro anaeróbio (FA), tratando águas residuárias de uma granja suinícola de pequeno porte. Foram analisados os parâmetros: pH, ácidos voláteis totais (AVT), demanda química de oxigênio total (DQOt), demanda química de oxigênio dissolvida (DQOdiss), demanda química de oxigênio devida aos sólidos suspensos (DQOSS), sólidos suspensos totais (SST), sólidos suspensos voláteis (SSV) e nitrogênio total kjeldhal (NTK). Os valores efluentes no RAC e no FA, de DQOt, SST e NTK, foram 6.633 e 4.361 mg.L-1, 2.418 e 595 mg.L-1 e 888 e 954 mg.L-1, respectivamente, para uma carga orgânica volumétrica (COV) de 7,01 kgDQO(m3.d)-1 no RAC e 28,3 kgDQO(m3.d)-1 no FA, e tempo de detenção hidráulico de 70,5 e 17,8 h no RAC e no FA, respectivamente. O sistema RAC seguido de FA mostrou eficiência de remoção média de 88,8% para DQOt e 80,5% de SST. Conclui-se que o sistema de tratamento anaeróbio, composto por RAC seguido de FA, foi eficiente na remoção de DQO e SST, possibilitando, nas condições operacionais impostas, alcançar valores médios de remoção acima de 80%, tornando-se uma ótima alternativa de tratamento de efluentes de suinocultura para granjas de pequeno porte.

ABSTRACT The aim of this work was to assess the performance of a system composed by a compartmentalized anaerobic reactor (CAR) followed by anaerobic filter (AF) in the treatment of the wastewater of as mall pigfarm.The following parameters were analyzed: pH, total volatilefatty acids (VFA), total demand of chemical oxygen (DCOt), dissolved chemical oxygen demand (CODdiss), chemical oxygen demand due to suspended solids (CODSS), total suspended solids (TSS), volatile suspended solids (VSS) and total kjeldhal nitrogen (TKN). The effluents and AF values for the CAR, the DCOt, TSS and TKN were 6,633 and 4,361mg.L-1, 2,418 and 595 mg.L-1, and 888 and 954 mg.L-1, respectively, for a volumetric organic load (VOL) of 7.01 kgDCO(m3.d)-1 in CAR and 28.3 kgDCO(m3.d)-1 in AF, and hydraulic detention time of 70.5 hand 17.8 hin CAR and AF, respectively. The CAR system followed by FA presented a mean removal efficiency of 88.8% for COD and 80.5% for TSS. It is concluded that the anaerobic treatment system consisting of CAR followed by AF was efficient in removing DCO and TSS, allowing with the imposed operating conditions to achieve average removal values above 80%, becoming a great alternative for wastewater treatment in small swinefarms.

Efeito da variação da carga orgânica volumétrica natural na produção de biogás a partir de dejeto suíno em diferentes tempos de retenção hidráulica / The effect of organic loading rate's natural variation on the biogas yields from swine manure digestion at different hydraulic retention time

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.

Tratabilidade do lodo biológico têxtil e produção de biogás em reator UASB em diferentes temperaturas / Textile biological sludge treatability and biogas production in UASB reactor under different temperatures

RESUMO Neste trabalho avaliou-se o comportamento de um reator UASB em escala laboratorial (16 L) no tratamento de lodo biológico têxtil com produção de biogás, operando em diferentes temperaturas, 35 (mesofílica), 45 e 55ºC (termofílica), com tempo de detenção hidráulica (TDH) constante de 24 h. O reator UASB apresentou-se apto a tratar o lodo têxtil, sendo influenciado positivamente pelo incremento da temperatura, mostrando maiores remoções nas temperaturas termofílicas e com altas taxas de remoção de todos os parâmetros físico-químicos monitorados: demanda química de oxigênio (DQO) (97% em 45 e 55ºC), demanda bioquímica de oxigênio (DBO) (95% em 45ºC e 94% em 55ºC), fósforo total (P-total) (95% a 45 e 55ºC) e nitrogênio total (N-total) (94% a 45 e 55ºC). Quanto à produção de biogás e à concentração de metano, os maiores valores foram observados a 45ºC. Com base nos resultados alcançados, confirmam-se a tratabilidade do lodo têxtil e a produção de biogás em UASB, com melhor performance a 45ºC.

ABSTRACT The aim of this work was to evaluate the behavior of a laboratory-scale UASB reactor (16 L) in the treatment of textile biological sludge with biogas production, operating at different temperatures - 35 (mesophilic), 45 and 55ºC (thermophilic) -, with constant hydraulic retention time of 24 h. The UASB reactor was able to treat the textile sludge, being positively influenced by increasing temperature, with greater removals in thermophilic temperatures and high removal rates of all monitored physical and chemical parameters: chemical oxygen demand (COD) (97% at 45 and 55ºC), biochemical oxygen demand (BOD) (95% at 45ºC and 94% at 55ºC), total phosphorus (P-total) (95% at 45 and 55ºC) and total nitrogen (N-total) (94% at 45 and 55ºC). As for biogas production and methane concentration, the highest values were observed at 45ºC. Based on the results, textile sludge treatability and biogas production in UASB are confirmed, with best performance at 45ºC.

Balanço de massa no tratamento de resíduos sólidos orgânicos provenientes de restaurantes em biorreator / Mass balance in the treatment of organic wastes from restaurants in bioreactor

RESUMO O tratamento de resíduos sólidos orgânicos por digestão anaeróbia é realizado por um consórcio de micro-organismos, no qual as archaea metanogênicas são as limitantes do processo, por serem mais sensíveis às mudanças nas condições do meio e possuírem crescimento lento. Para acompanhar a evolução do tratamento, algumas variáveis do processo de digestão anaeróbia são monitoradas, dentre elas, a demanda química de oxigênio (DQO), geralmente utilizada para estimar a matéria degradável e passível de ser convertida em biogás. Com o objetivo de avaliar a eficiência do processo de conversão de biomassa em metano, este artigo se baseou no balanço de massa adaptado da literatura, utilizando valores de DQO e volume de biogás gerado no reator anaeróbio, aqui chamado de biorreator. A produção de biogás foi monitorada diariamente utilizando o método de deslocamento de água, com o auxílio de um contador eletrônico. Com base no balanço de massa, o tratamento mostrou-se viável, visto que 50% da concentração de DQO que entrou no sistema foi convertida em gás metano. Comparando-se aos valores descritos na literatura, que se encontram na faixa de 50 a 70%, a eficiência do tratamento poderá ser elevada com ajustes nos parâmetros de controle que influenciam o processo de digestão anaeróbia, tais como manter a temperatura constante em 37°C e o pH e a alcalinidade equilibrados, o que poderá melhorar as condições do meio em todas as etapas de degradação da matéria orgânica e aumentar a conversão em gás metano.

ABSTRACT The treatment of organic solid waste by anaerobic digestion is carried out by a consortium of microorganisms, in which the methanogenic archaea bacteria are the limiting of the process because they are more sensitive to changes in environmental conditions and have slow growth. To monitor the treatment, some variables of anaerobic digester process are monitored, among them, the chemical oxygen demand (COD), usually used to estimate the degradable material and that can be converted into biogas. In order to evaluate the efficiency of biomass conversion process into methane, this article is based on adapted mass balance of the literature using COD values ​​and volume of biogas generated in anaerobic reactor, here called the bioreactor. Biogas production was monitored daily using the water displacement method, with the aid of an electronic counter.The treatment was satisfactory, based on mass balance, which showed that 50% of the amount of COD entered into the system was completely converted into methane gas. Comparing to the values described in the literature that are in the range of 50 to 70%, the treatment efficiency can be elevated with adjustments to control parameters which influence the process of anaerobic digestion, such as keep the temperature constant at 37°C and balanced pH and alkalinity, which can improve the environmental conditions at all stages of degradation of organic matter and increase conversion into methane gas.

Tratamento de efluentes de abatedouro de frangos por meio de reator UASB seguido de filtro anaeróbio / Treatment of waste water poultry slaughter house through UASB reactor followed by anaerobic filter

O Brasil é um dos maiores produtores de aves do mundo e se destaca na exportação de carne de frango, que tem papel relevante na economia do país. Como resultado do crescimento da indústria de processamento do frango, há também um significativo aumento na geração de efluentes. Uma alternativa interessante para o tratamento desses resíduos são os reatores anaeróbios. Este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho do sistema reator UASB-Filtro anaeróbio no tratamento de efluentes de abate de frangos. O estudo foi desenvolvido em um abatedouro avícola, situado na região metropolitana de Belo Horizonte, Minas Gerais. O sistema de tratamento foi composto por peneira estática, caixa de gordura, reator UASB e filtro anaeróbio. A vazão média diária de efluentes do abatedouro foi de 30m³/dia. A carga orgânica aplicada no reator UASB foi de 0,71kg DQO/m³.d. O monitoramento do sistema foi realizado por meio de análises físico-químicas do afluente e dos efluentes da caixa de gordura, reator UASB e filtro anaeróbio. Os parâmetros avaliados foram: temperatura, pH, demanda química de oxigênio (DQO), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), sólidos suspensos totais (SST), e sólidos suspensos voláteis (SSV). Os valores efluentes médios encontrados para DBO, DQO e SST foram 106, 290 e 56mg/L, respectivamente. A eficiência de remoção do sistema para DBO variou de 83 a 99%, e para DQO de 50 a 98%. A eficiência de remoção média de SST e SSV foi de 92%. Conclui-se que o sistema reator UASB seguido de filtro anaeróbio apresentou alto desempenho na remoção de sólidos e carga orgânica. Dessa forma, esses reatores tornam-se uma alternativa viável para o tratamento de águas residuárias de frigoríficos, já que oferecem bons resultados de remoção de poluentes.

Brazil is one of the largest poultry producers in the world and stands out in exportation of chicken meat, which plays an important role in the economy. As a result of the growth of the poultry processing industry, there is also a significant increase in the generation of wastewater. An interesting alternative for the treatment of such wastes is anaerobic. This study aimed to evaluate the performance of the system UASB reactor-anaerobic filter on wastewater treatment of slaughtering chickens. The study was conducted in a poultry slaughterhouse located in the metropolitan region of Belo Horizonte, Minas Gerais. The treatment system was composed of static sieve, grease trap, UASB reactor and anaerobic filter. The daily average flow of effluent from the abattoir was 30m³/day. The organic load applied to the UASB reactor was 0.71kg COD/m³.d. The monitoring system was performed by means of physico-chemical analysis of the influent and effluent of fat, UASB reactor and anaerobic filter. The parameters evaluated were: temperature, pH, chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD), total suspended solids (SS) and volatile suspended solids (VSS). The mean values for effluent BOD, COD and SS were 106, 290 and 56mg/L, respectively. The removal efficiency of BOD to the system ranged 83-99% for COD and 50-98%. The average removal efficiency of SS and SSV were 92%. We conclude that the system UASB reactor followed by anaerobic filter showed high performance in removing solids and organic load. Thus, these reactors become a viable alternative for treating wastewater slaughterhouses, offering good results in removing pollutants.

Análise comparativa dos efeitos da carga orgânica e do tempo de detenção hidráulica na digestão anaeróbia mesofílica de lodo adensado de estação de tratamento de esgoto / Comparison of organic loading rate and hydraulic retention time effects on the mesophilic anaerobic digestion of thickened waste activated sludge

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.

Caracterização e cinética do tratamento anaeróbio de efluentes de laticínios / Characterization and kinetics of the anaerobic treatment of dairy wastewaters

A geração de efluentes do setor de laticínios é imensa e, em função do conteúdo emulsionado de gorduras, tais efluentes são tidos como de difícil degradação. O presente artigo teve como objetivo a caracterização dos efluentes gerados por um laticínio que processa 800 L de leite por dia, relacionando suas características com as ocorrências na planta. Este laticínio produz leite pasteurizado, mussarela, queijo Minas frescal, sorvete e iogurte. O efluente dos processos concomitantes de produção de mussarela e pasteurização de leite foi utilizado para alimentação de um reator UASB (upflow anaerobic sludge blanket) híbrido (UASBh), e através da aplicação de cargas orgânicas volumétricas crescentes, foi realizado o estudo cinético do sistema. A maior carga específica calculada para os efluentes estudados foi referente ao processamento de mussarela, em função do abundante volume de soro descartado. As concentrações de sais e metais encontradas nos efluentes analisados se mostraram muito aquém das recomendadas como necessárias ao balanceado crescimento do consórcio anaeróbio. A concentração de lipídeos não representou problema em efluentes da produção de iogurte, uma vez que foram sempre inferiores a 18,9 mg.L-1 (valores típicos de efluentes diluídos). O reator do tipo UASBh operou de forma estável com carga orgânica volumétrica (COV) média aplicada de até 8,9 kg.m-3.d-1, carga esta superior à preconizada na literatura como segura. Com COV média aplicada de 15,4 kg.m-3.d-1, a velocidade de consumo de substrato não acompanhou o aumento da oferta, mantendo-se praticamente constante, resultando em queda na eficiência do processo e em sua estabilidade.

The generation of effluents from the dairy industry is huge and deemed difficult degradation, depending on the content of emulsified fats.This study aimed to characterize the effluent emitted by a dairy which process 800 L of milk daily, relating its features to the events at the plant. The plant processes pasteurized milk, cheese, ice-cream and yogurt. The effluent of the concurrent processes of mozzarella making and milk pasteurization was used to power a hybrid UASB reactor. By applying increasing volumetric organic loads, we performed a kinetic study of the system. The most specific charge calculated for the effluent was from the mozzarella processing due to the large volumes of whey discarded. The concentrations of salts and metals found in wastewater analyzed were very below to the required and recommended by balanced growth of the anaerobic consortium. The lipids concentration in effluent was not a problem in the production of yogurt, since they were lower than 18.9 mg L-1 (typical values of diluted effluents). The UASBh reactor presented stability when the applied organic loading rate (OLR) was until 8.9 kg.m-3.d-1. With superior values, the rate of substrate consumption did not follow the increase in supply of organic matter, remaining almost constant, resulting in a drop in efficiency and stability.

Tratamento de águas residuárias de suinocultura em reator UASB e filtro anaeróbio em série seguidos de filtro biológico percolador / Treatment of swine wastewater in UASB reactor and anaerobic filter in series followed of trickling filter

Avaliou-se o desempenho de um reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB) seguido de um filtro anaeróbio, instalados em série, com volume total de 300 L e 190 L, respectivamente, no tratamento de águas residuárias de suinocultura. As cargas orgânicas volumétricas aplicadas no reator UASB foram de 12,4;15,5; 23,2 e 26,3 g DQOtotal (L d)-1. Para o pós-tratamento do efluente do sistema anaeróbio em dois estágios utilizou-se um filtro biológico percolador com volume total de 250 L. O meio suporte utilizado nos filtros anaeróbio e biológico percolador foi composto por anéis de bambu. No sistema de tratamento anaeróbio e de pós-tratamento foram observadas eficiências médias de remoção de demanda química de oxigênio total (DQOtotal), sólidos suspensos totais (SST), nitrogênio total (NT), fósforo total (P-total), Cu e Zn de até 98, 99, 78, 84, 99 e 98 por cento, respectivamente.

The performance of an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) followed by the anaerobic filter, installed in series, was evaluated for the treatment of swine wastewater. The total volume of UASB and anaerobic filter were of 300 L and 190 L, respectively. The organic load rate applied on the reactor UASB were of 12.4, 15.5, 23.2 and 26.3 g total COD (L d)-1. For the post-treatment of effluent the anaerobic system was used a trickling filter with total volume of 250 L. The supports used in the anaerobic filter and trickling filter were composed by bamboo rings. The efficiencies of removal the chemical oxygen demand, total solids suspended, nitrogen, total phosphorus, Cu and Zn were of up to 98, 99, 78, 84, 99 and 98 percent, respectively, for the anaerobic and aerobic treatment system.

Tratamento de águas residuárias de suinocultura em reator anaeróbio operado em batelada sequencial / Treatment of swine wastewater in anaerobic sequencing batch reactor

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.

Performance of an Anaerobic Baffled Reactor (ABR) in treatment of cassava wastewater / Desempenho de um Reator Anaeróbio Compartimentado (RAC) no tratamento da manipueira

The performance of an anaerobic baffled reactor (ABR) was evaluated in the treatment of cassava wastewater, a pollutant residue. An ABR divided in four equal volume compartments (total volume 4L) and operated at 35ºC was used in cassava wastewater treatment. Feed tank chemical oxygen demand (COD) was varied from 2000 to 7000 mg L-1 and it was evaluated the most appropriated hydraulic retention time (HRT) for the best performance on COD removal. The ABR was evaluated by analysis of COD (colorimetric method), pH, turbidity, total and volatile solids, alkalinity and acidity. Principal component analysis (PCA) was carried to better understand data obtained. The system showed buffering ability as acidity decreased along compartments while alkalinity and pH values were increased. There was particulate material retention and COD removal varied from 83 to 92% for HRT of 3.5 days.

O desempenho de um reator anaeróbio compartimentado (RAC) foi avaliado para o tratamento da manipueira, resíduo tóxico. Um RAC dividido em quatro compartimentos de mesmo volume (volume total 4L) e operado a 35ºC foi utilizado no tratamento da manipueira. A demanda química de oxigênio (DQO) do tanque de alimentação variou de 2000 a 7000 mg L-1 e avaliou-se o tempo de residência hidráulica (TRH) mais apropriado ao melhor desempenho do reator. O RAC foi avaliado pelas análises de DQO (método colorimétrico), pH, turbidez, sólidos totais e voláteis, alcalinidade e acidez. A Análise das Componentes Principais (PCA) foi conduzida para melhor compreensão dos dados obtidos. O sistema apresentou capacidade tamponante conforme a acidez decresceu ao longo dos compartimentos ao passo que a alcalinidade e o pH aumentaram. Houve retenção do material particulado e a remoção da DQO variou de 83 a 92% para TRH de 3,5 dias.

Produção volumétrica de metano: dejetos de suínos / Methane volumetric yield: swine wastes

O presente trabalho foi conduzido para avaliar o potencial de produção de biogás de dejetos de suínos, especificamente a produção de metano. O substrato, no qual a concentração de sólidos totais foi de 6 por cento, foi composto por dejeto sólido diluído em água. Os dejetos foram coletados por raspagem, em instalações de terminação de suínos, compostas de baias, com paredes de alvenaria de tijolos e piso de cimento. Os suínos experimentais receberam ração balanceada à base de milho e soja. O sistema de tratamento, em escala laboratorial, foi composto por três baterias com oito biodigestores em cada, instalados dentro de caixas de cimento amianto de 500 litros, contendo 270 litros de água aquecida. Em cada caixa, uma resistência elétrica e uma bomba d'água foram instaladas para manter a temperatura e misturar a água aquecida. O sistema foi submetido a Tempos de Retenção Hidráulica (TRH) de 30, 25, 15 e 10 dias e a temperaturas de 25, 35 e 40 ºC, com e sem agitação do substrato. Foi avaliado, nessas condições, o processo de degradação da matéria orgânica e a produção resultante de metano (PM). Os maiores valores de PM foram observados nos TRH de 10 dias, à temperatura de 40 ºC, nos biodigestores com agitação do substrato.

The present work was carried out to evaluate the swine wastes biogas potential yield, specifically the methane yield. The total solid content in the substratum was 6 percent composed by the solid waste diluted to water. The wastes was collected by scratching, in swine ending facilities, composed by boxes, in which the walls were constructed of masonry and the floor was constructed of cement. The experimental swines received corn and soybean balanced ration. The waste treatment system, in laboratorial scale, was composed by three batteries with eight digesters each, installed inside of 500 liters asbestos boxes, containing 270 liters of heated water. In each box, an eletric resistance and water pump were installed to mantain the temperature and to mix the heated water. The system was submitted to Hydraulic Retention Times (HRT) of 30, 25, 15 and 10 days and to temperatures (T) of 25, 35 and 40 ºC, with and whithout substratum agitation. It was evaluated, under these conditions, the organic matter degradation process and resultant methane volumetric yield (MP). The largest values of MP were observed in HRT of 10 days, at the temperature of 40 ºC, in the digesters with substratum agitation.

Co-digestão anaeróbia de substâncias surfactantes, óleo e lodo de esgoto / Anaerobic codigestion of surfactants substances, oil and sludge of sewage

O objetivo deste trabalho foi investigar a viabilidade de se tratar conjuntamente substâncias surfactantes, óleo mineral e lodo de esgoto sanitário. Para todos os tratamentos foram analisadas as concentrações de matéria orgânica (DQO) afluente e efluente. O sistema experimental foi monitorado durante 150 dias e diariamente eram realizadas quantificações do volume e da composição do biogás produzido. Foram constatadas remoções de DQO filtrada média de 82 por cento aos 18 dias, e para DQO bruta em torno de 76 por cento para os seis tratamentos aos 100 dias de operação. A produção de metano observada durante o período experimental demonstrou que as diferentes concentrações de surfactantes presentes no sistema não se mostraram tóxicas o suficiente para inibir as bactérias metanogênicas.

The present work had as objective investigate the viability of treating, through processes anaerobic substances surfactants, mineral oil and sewage sludge. For all the treatments the concentrations of organic matter were analyzed (COD) influent and effluent. The experimental system was monitored for 150 days. The volume and composition of the produced biogas were daily quantificated. Removals of filtered COD average were verified from 82 percent to the 18 days and for raw COD around 76 percent for the six treatments to the 100 dias.de operation. The methane production observed during the experimental period demonstrated that the different concentrations of present surfactants in the system were not shown toxicant enough to inhibit the methanogenic bacterias.

Avaliação da acurácia de diversos métodos para determinação de ácidos graxos voláteis e alcalinidade a bicarbonato para monitoramento de reatores anaeróbios / Evaluation of the accuracy of several methods for determination of volatile fatty acids and bicarbonate alkalinity for the monitoring of anaerobic reactors

Sistemas de tratamento anaeróbios são sensíveis às mudanças de condições ambientais que influenciam no metabolismo dos microrganismos responsáveis pela estabilidade do processo. Os objetivos deste trabalho foram (i) avaliar a acurácia de métodos que determinam os parâmetros de controle ácidos graxos voláteis (AGV) e alcalinidade a bicarbonato (AB) em amostras preparadas com concentrações de 50 a 1000 mg/L e, (ii) verificar diferentes procedimentos de remoção de CO2 formado durante titulação ácida das amostras. A partir do teste estatístico de Tukey aplicado aos resultados obtidos, observou-se que os métodos Kapp e DiLallo & Albertson com utilização de ultra-som para a remoção de CO2 do meio líquido apresentaram os melhores resultados para AGV. Os métodos da Condutividade, Kapp e Jenkins se destacaram na determinação de AB.

Anaerobic treatment systems are sensitive to the environmental condition changes. Such changes may have influence on the metabolism of the microorganisms responsible for the process stability. The aims of this work were (i) to evaluate the accuracy of methods to determine control parameters volatile fatty acids (VFA) and bicarbonate alkalinity (BA) in samples prepared with concentrations from 50 to 1000 mg/L and, (ii) to verify different procedures of the CO2 removal formed during the acid titration of the samples. From the Tukey statistical test applied to the obtained results it was observed that the Kapp and DiLallo & Albertson methods using sonic equipment to remove CO2 from the liquid presented better results for VFA. The Conductivity, Kapp and Jenkins methods were considered the most reliable for BA determination.

Avaliação das unidades de tratamento do lodo em uma ete de lodos ativados convencional submetida a distintas estratégias operacionais / Evaluation of the sludge treatment units in an activated sludge treatment plant subjected to different operational strategies

A finalidade deste trabalho é apresentar uma avaliação da etapa de tratamento de lodos da Estação de Tratamento de Esgotos do Arrudas (Belo Horizonte), em especial os teores de sólidos ao longo do sistema, as principais variáveis de projeto e operação. O processo de tratamento é o de lodos ativados convencional com adensamento por gravidade, digestão anaeróbia e desidratação mecânica. Desde sua entrada em operação até o momento, a estação passou por três fases operacionais quanto ao adensamento dos lodos. A maior concentração média do lodo primário (4,8 por cento) foi atingida no adensador por gravidade quando esse recebia apenas lodo primário. O lodo misto alcançou uma concentração média de 2,7 por cento enquanto o valor esperado de projeto era 5,0 por cento. O lodo secundário excedente, concentrado no adensador por gravidade não ultrapassou 1,8 por cento. A maior concentração média da torta do lodo desidratado (28,3 por cento) foi obtida quando o lodo digerido era proveniente do tratamento primário.

This paper aims to evaluate the sludge treatment stage at the Arrudas Wastewater Treatment Plant (Belo Horizonte, Brazil), especially the solids contents throughout the sludge treatment line, as well as the main design and operating variables. The conventional activated sludge plant has a typical solids-line flowsheet: gravity thickening, anaerobic digestion and mechanical dewatering. Three main operational phases have been identified, whose implications in the plant behaviour are analysed in the paper. The highest concentration of primary sludge (mean value of 4.8 percent) was reached in the gravitational thickening when it was fed with primary sludge only. The mixed sludge concentrated in the gravitational thickening reached only a mean concentration of 2.7 percent, whereas the expected result was 5.0 percent. The excess secondary sludge concentrated in the gravitational thickener did not reach 1.8 percent. The largest concentration of the dewatered sludge cake (means value of 28.3 percent) was obtained when the digested sludge came from the primary treatment.

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.