Selection of sulfur oxidizing bacterium for sulfide removal in sulfate rich wastewater to enhance biogas production

Sulfur oxidizing bacteria (SOB) were isolated and tested in order to remove sulfide from high sulfate wastewater to reduce the amount of hydrogen sulfide (H2S) in the produced biogas. A promising SOB isolate, designated as isolate T307, was selected due to its best sulfide removal (86.7 percent) in the effluent of a sulfate reduction reactor (SRR) over a 24 hrs incubation. The bacterium was able to grow better as a mixotroph (yeast extract as a carbon source) than as a chemolithoautotroph. In addition, as a heterotroph, the bacterium grew well with yeast extract and peptone. Based on partial 16S rRNA gene sequence, the isolated T307 was an Alcaligenes sp. and was able to convert most of sulfide species (total sulfide: TS; dissolved sulfide: DS and H2S) into elemental sulfur or sulfate over a 20 hrs period of cultivation by controlling the speed of shaking. In a biogas reactor set, after pre-treating a sulfide medium with Alcaligenes sp. T307 there was a much higher specific yield of CH4 (238 ml CH4 g-1COD removed) and more biogas (154 ml L-1 d-1) was produced with the biogas containing more methane (48.1 percent CH4, 51.5 percent CO2 and 0.41 percent H2S) in comparison to a control with a specific yield of CH4, (72 ml CH4 g-1COD removed) 86 ml L-1 d-1 biogas produced with a composition of 35.5 percent CH4, 63.7 percent CO2 and 0.86 percent H2S.

Remoção de sulfato de águas residuárias industriais em reator anaeróbio de leito fixo operado em bateladas sequenciais / Sulfate removal from industrial wastewaters in fixed film anaerobic sequential batch reactor

Avaliou-se o potencial de uso reator anaeróbio operado em bateladas seqüenciais com biomassa imobilizada (ASBBR), em escala piloto, no tratamento de água residuária industrial contendo elevadas concentrações de sulfato. O ASBBR, com volume total de 1.2 m³, foi preenchido com carvão mineral como meio suporte para imobilização da biomassa (leito fixo). Foram aplicadas cargas de 0,15; 0,30; 0,65; 1,30 e 1,90 kg SO4-2/ciclo (ou batelada) com duração de 48 h, correspondendo, respectivamente, às concentrações de sulfato no afluente de 0,25; 0,50; 1,0; 2,0 e 3,0 gSO4-2.l-1. Utilizou-se etanol como doador de elétrons para a redução do sulfato. O reator foi operado à temperatura ambiente (29±8ºC), tendo sido obtidas eficiências médias na redução de sulfato entre 88 e 92 por cento em 92 ciclos (275 dias). Os resultados obtidos permitem concluir que o uso de reatores ASBBR constitui-se em alternativa eficiente para a remoção de sulfatos de águas residuárias com características semelhantes às utilizadas neste trabalho.

The potential use of an anaerobic sequencing batch biofilm reactor (ASBBR) in pilot-scale for the treatment of a sulfate-rich industrial wastewater was evaluated. The pilot 1.2 m³ ASBBR reactor was filled with mineral coal for biomass immobilization (fixed film). The sulfate loading rates applied were 0.15; 0.30; 0.65; 1.30 and 1.90 kg SO4-2/cycle (or batch). Each cycle lasted 48 h. The influent concentrations were, respectively, 0.25; 0.50; 1.0; 2.0 and 3.0 gSO4-2.l-1. Ethanol was used as electron donor for sulfate reduction. The reactor operated at ambient temperature (29±8ºC), and the mean efficiencies of sulfate removal were in the range 88 to 92 percent in the 92 run cycles. The total operating period comprised 275 days. Based on the results obtained in this research, it could be concluded that the ASBBR can be an efficient alternative for the removal of sulfate from other industrial wastewaters with similar characteristics.

Effect of bicarbonato alkalinity on gravimetric solids analysis in anaerobic wastewater treatment

La alcalinidad bicarbonática tiene papel fundamental en la estabilidad de reactores biológicos aplicados al tratamiento de aguas residuales, principalmente en sistemas anaerobios. Como algunas aguas residuales pueden sufrir severa acidificación, en algunos casos es necesaria la adición de una fuente externa de alcalinidad para que el proceso sea conducido de forma estable. En ese contexto, se evaluó el efecto de la adición de bicarbonato de sodio sobre la determinación de la concentración de sólidos. La metodología consistió en la evaluación de las concentraciones de sólidos (sólidos totales-ST, sólidos volátiles totales-SVT y sólidos fijos totales-SFT) en muestras conteniendo suero de queso y ácidos volátiles (para simulación de efluentes de reactores anaerobios). Los valores de ST, SVT y SFT fueran fuertemente influenciados, principalmente debido al aumento de los SFT. Ese efecto fue cuantificado relacionándose los valores experimentales con los teóricos, determinados por las reacciones estequiométricas de la descomposición del bicarbonato de sodio y otros compuestos formados (acetato de sodio y propionato de sodio) con el aumento de la temperatura. Así, como uno de los principales parámetros de evaluación de sistemas de tratamiento de aguas residuales es la remoción de sólidos presentes en el medio, la concentración de sólidos puede ser evaluada de forma más adecuada teniendo en cuenta la determinación de los sólidos fijos debido a las sales inorgánicas. Esa metodología es considerada adecuada cuando se adiciona grande cantidad de alcalinizada a la agua residual

Considerações práticas sobre o teste de demanda química de oxigênio (DQO) aplicado a análise de efluentes anaeróbios / Practical aspects of the chemical oxygen demand (COD) test applied to the analysis of anaerobic effluents

Este artigo apresenta resultados de testes laboratoriais que investigaram a influência dos íons cloreto, amonium, ferro e sulfeto no teste de demanda química de oxigênio (DQO), bem como valores dos coeficientes de conversão da matéria orgânica específica (proteínas, carboidratos e lipídeos) determinados empiricamente. O artigo apresenta, ainda, resultados da comparação dos métodos colorimétrico e titulométrico de determinação da DQO e faz uma discussão crítica do uso do teste de DQO como parâmetro de monitoramento da eficiência de sistemas de tratamento anaeróbio.

This paper presents practical results on the influence of chloride, amonium, sulphide and iron on the chemical oxygen demand (COD) test, as well as experimental values of stoichiometric coefficients to convert the specific organic matter (protein, carbohydrate and lipid) into COD. The paper also presents results that compare the titrimetric and colorimetric methods used to measure the COD and makes a critical analysis of the use of COD test as a tool to monitor the efficiency of anaerobic treatment systems.

Influência do tempo de detenção hidráulica em um sistema UASB seguido de um reator biológico com fungos para tratar efluentes de indústria de castanha de caju / Influence of the time of detention hidraulic of a sistem UASB followed by a biological reactor with fungi to treat efluent of cashew nut industry

Nesta pesquisa, estudou-se a influência do tempo de detenção hidráulica (TDH) em um sistema constituído de um reator anaeróbio tipo UASB seguido de um reator biológico com fungos (RBF) para tratar efluente de uma indústria de beneficiamento de castanha de caju. O presente trabalho foi dividido em uma fase de fluxo descontínuo (batelada) e uma fase de fluxo contínuo (UASB - RBF), que constituiu-se de sete etapas ( 8h e 2h, 8h e 1h, 4h e 8h, 4h e 6h, 4h e 4h, 4h e 2h e 4h e 1h), onde foi avaliada a influência do TDH na remoção de: DQO (Demanda Química de Oxigênio), amônia, nitrato e ortofosfato. Uma combinação que apresentou melhores resultados, foi a etapa de 4h (TDH do reator UASB) e 2h (TDH do RBF), apresentando remoções de: 93,8 por cento de DQO, 86,7 por cento de nitrato, 38,3 por cento de amônia e 16 por cento de ortofosfato.

Tratamento de esgoto sanitário utilizando reatores anaeróbios operados em bateladas sequenciais ( escala piloto ) / Domestic sewage treatment in pilot-scale anaerobic sequencing batch reactors

Avaliou-se o desempenho de dois reatores anaeróbios operados em bateladas seqüenciais (1,2 m ) diferenciados pelo tipo de imobilização de biomassa, na forma de suporte inerte e de biomassa granular no tratamento de esgoto sanitário do Campus da USP de São Carlos. O monitoramento ao longo de 70 dias de operação revelou similaridade no comportamento das configurações ensaiadas, que apresentaram eficiências médias de remoção de DQO e sólidos suspensos ao redor de 60 por cento e 75 por cento, respectivamente. Por meio de técnicas de biologia molecular constatou-se diferenças na comunidade bacteriana nos reatores no 35º e 70º dias de operação, indicando que a imobilização de biomassa selecionou populações bacterianas diferentemente. Em relação ao domínio Archaea houve maior similaridade, provavelmente, pelo fato desses microrganismos utilizarem substratos específicos ao final do processo anaeróbio.

Pós-tratamento de efluente nitrificado da parboilização de arroz utilizando desnitrificação em reator UASB / Post-treatment a nitrified parboilized rice wastewater using denitrification in UASB reactor

Um sistema combinado reator UASB-reator aeróbio foi utilizado para a remoção de nitrogênio total e DQO de efluente de parboilização de arroz. O experimento foi realizado em reatores de bancada, com volumes de 4 L (UASB) e 3,6 L (reator aeróbio). Os parâmetros de operação pH, temperatura, alcalinidade e concentração de ácidos voláteis foram monitorados durante o período experimental. Para o reator aeróbio de mistura completa, foi determinada, também, a concentração de oxigênio dissolvido. O sistema combinado reator UASB-reator aeróbio apresentou uma eficiência de remoção de carbono de 84 por cento e uma eficiência de remoção de nitrogênio total Kjeldahl de 83 por cento. O sistema proposto, nas condições experimentais, demonstrou ser adequado para remoção, simultânea, de DQO e de compostos oxidados de nitrogênio, em reator UASB.

Estudo cinético do processo de Valo Cynamon-Roque: caracterização e obtenção de parâmetros de projeto / Cynamon-Roque ditch process kinetics study: characterization and design criteria establisment

O processo de valo Cynamon-Roque, de tratamento de esgotos, constituído de um reator anaeróbio e outro aeróbio, vem sendo testado desde 1986, através de uma unidade piloto, construída no Campus da FIOCRUZ, que recebe uma mistura de esgotos domésticos e industriais, oriundos de unidades de ensino, pesquisa, manutenção e fábricas de vacinas. A validade do processo foi amplamente demonstrada, o que resultou na patente obtida em 1996. As características funcionais vantajosas do processo, em relação aos tradicionais são: requer pouca área, sua operação é simples, a remoção de matéria orgânica é elevada, fruto de uma operação semelhante à do processo dos lodos ativados, permite considerável remoção de nutrientes, não libera aerossóis no meio ambiente, pois a unidade aeróbia é fechada, apresenta boa remoção de patogênicos e economia energética. Neste trabalho, avaliamos as características operacionais do valo Cynamon-Roque, quando sujeito a vazões superiores às do projeto original. Devido às grandes variações horárias de vazão, concentração, do afluente da unidade piloto, e a perda de sólidos, foi empregado um modelo cinético transiente, de pouca complexidade, mas adequado para modelagem matemática do processo de degradação. As perdas de sólidos foram ocasionadas em virtude dos decantadores terem sido dimensionados para vazões muito inferiores às utilizadas. Através deste modelo, testamos a validade de duas equações cinéticas, a de Monod e a de Eckenfelder, para degradação de substrato, obtendo-se ajustes semelhantes. Uma metodologia para obtenção de parâmetros para um projeto racional é apresentada e discutida ao longo deste trabalho. O comportamento do processo, noutras condições operacionais, foi previsto, utilizando-se o modelo cinético, com os parâmetros determinados através do ajuste deste, aos dados experimentais...

Cynamon-Roque ditch process, a sewage treatment process, given by an anaerobic reactor followed by an aerobic reactor, has been tested since 1986, throw a pilot plant, build in FIOCRUZ Campus, which receive domestic and industrial sewage from teaching, research, repairing units and vaccines industries. The process validity has been quite demonstrated, so it was patented in 1996. The advantageous functional features of the process, taking into account the traditional process are: it needs small areas, its operation is simple, organic matter removal is high, because it works in a similar way to the activated sludge process, nutrients removal is remarkable, it does not release aerosols in the environment, because the aerobic unit is closed, exhibits good removal of pathogenic organism and saves energy.In this work, Cynamon-Roque ditch operational features has been evaluated, when subject to flows bigger than the original project ones. Due to the great hour variations of flow, concentration, of the influent from the pilot plant, and the loss of solids, it was used a transient kinetic model, of little complexity, but appropriate for the bio-degradation process mathematical modeling. The loss of solids was caused by the fact that the settling tanks were designed to operate at much lower flows than those used. Taking into account the model, the validity of two kinetic equations was tested - Monod and Eckenfelder - for the bio-degradation of substrate, and similar fit resulted.A methodology for determining the coefficients necessary for establishing rational design criteria is presented and discussed throughout this work.The process behavior, under other operational conditions, was previewed, through the kinetic model, which coefficients were determined by adjusting it to the experimental data...