ONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE CAMINAS Engenharia Ambiental - Noturno CONSERVAÇÃO E RECUERAÇÃO DOS SOLOS Desenvolvimento de processos descentralizados Karla atricia S. Oliveira R. Esquerre rocessos de purificação avançados por filtração com membranas Desenvolvimento de sistemas híbridos para tratamento Campinas e de novembro de Utilização efetiva e reciclagem de lodo de sistemas de tratamento A remoção biológica de nitrogênio envolve dois processos sucessivos e complementares, nitrificação e desnitrificação. () nitrificação produz nitrito e nitrato que são reagentes na desnitrificação () nitrificação reduz o ph que é aumentado na desnitrificação () desnitrificação gera alcalinidade que é requerida na nitrificação Nitrificação (processo aeróbio): NH + + O NO - + H O + H + Desnitrificação (processo anóxico): NO - + H + + e - /N + H O A nitrificação também pode ser escrita na seguinte forma, Eq. NH + +. O NO - + H O + H + Eq. NO - +. O NO - Total NH + + O NO - + H O + H + Classificação dos MBRs Reatores biológicos de membranas (MBRs) surgiram de uma combinação dos sistemas tradicionais de lodos ativados e de filtração por membranas, ou seja, o sistema de membranas substitui a unidade tradicional de gravidade (clarificador) dos processos de lodos ativados. MBR de fluxo cruzado 97 ~ MBR submerso 99~
Membranas Usadas para rocessos Dométicos dos MBR Hollow fiber MF Fora-Dentro Submerso ratos MF Fora-Dentro Fluxo-cruzado/ Submerso Tubular UF Dentro-Fora Fluxo-cruzado rocessos Convencional e Avançado Estação de tratamento de efluentes domésticos convencional Estação de tratamento de efluentes domésticos com MBR 7 8 Vantagens Desvantagens () ermite remoção completa dos sólidos e desinfecção do efluente () Combina a remoção de matéria orgânica, sólidos e nutrientes em um único ou em dois reatores () A produção de lodo é baixa ou inexistente () Apresenta instalação modular, o que minimiza os custos de expansão da planta () O start up é rápido () O controle da planta pode ser automatizado () Apresentam sistemas mecânicos mais complexos () Existência de limitações quanto à aeração () Ocorrência de fouling (entupimento) da membrana () O processo de limpeza da membrana requer o uso de químicos (por exemplo, hipoclorito de sódio) () As membranas ainda apresentam um custo elevado de reposição. (7) Exige áreas relativamente pequenas para operação. 9 Desvantagens Entupimento da Membrana Após lavagem matéria orgânica Após uso Tratamento da Matéria Orgânica Oxidação Biológica % Sedimentação % - μm - μm - μm μm - mm.mm mm mm mm.μm Sistema convencional Oxidação Biológica ré-coagulação/sedimentação 7% Sistema híbrido % Oxidação biológica Novo coagulante Rotating Biological Contactor (RBC) olissilicato de ferro (SI) MBRs submersos Unidade de Análise da estrutura e função da coagulação/sedimentação comunidade dos microorganismos. simples e econômica Jet Mixed Separator (JMS) Reuso da água Análise de risco da água tratada atógenos,micropoluentes, Crescimento de microorganismos Tratamento de lodo Recuperação de energia Recuperação de fósforo Análise de riscos (metais pesados, vírus, patógenos)
Efluente do clarificador primário ermeado Unidade de Coagulação/Sedimentação (JMS) Coagulante Tubos inclinados, sedimentação Jet Mixed Separator (JMS) MBRs submersos Membranas em ratos Membrana de Disco Rotatório Membrana Hollow Fiber Tanque de mistura rápida MBRs rato poroso Ar Jet Mixed Separator (JMS) HMBR CMBR Excesso de lodo Condições operacionais do JMS Vazão m /d HRT. h MBR Convencional ((cmbr) Coagulante Efluente do do clarificador primário MBR SI : olissilicato de Ferro MBR Híbrido H (HMBR) mg-fe/l Efluente do do clafificador JMS JMS MBR Baffled MBR - bmbr Superfície da água Armação Baffled Membrane Bio-Reactor (bmbr) - Nitrificação e Desnitrificação - Baffled Membrane Bio-reactor Nitrificação e desnitrificação simultânea em um único reator aredes (Baffles) Membranas Aerador Mecanismo do bmbr Mecanismo do bmbr Controle ON-OFF ON-OFF Control JMS Afluente Influent Effluent Baffle arede Cycle Ciclo para for nitrogen remoção de removal nitrato Sensor Level sensor de nível hase Fase DO Consumo consumption de oxigênio hasefase ermeate ermeado Alimentação Feed - Influent de afluente Anoxic hase Fase Recirculação Nitrate recirculation de nitrato Aerador Blower 7 Cicle Fora das paredes Nível alto Nível da superfície Topo da parede da água Nível baixo Alimentação Dentro das paredes Aeração Filtração pelas membranas Circulação Anóxico Aeróbico ciclo, nitrificação e desnitrificação + cm -cm Tempo 8
bmbr Remoção de Nitrogênio Com aredes Com paredes Reator Volume: L (volume efetivo: L) Volume anóxico: 99L NH-N [mg/l] NOx-N [mg/l] Volume aeróbio: L Membrana Material: VDF (olyvinylidene fluoride) / / 7/ /8 / / / 7/ /8 / Área de filtração: m Tamanho do poro:. μm 9 Efluente do JMS ermeado Recuperação da Alcalinidade Taxa de Nitrificação [-]..9.8.7 Com aredes. / / 7/ /8 / Alcalinidade, ermaado [mg-caco /L] Nitrificação Alcalinidade Eficiência de Remoção de Nitrogênio Total (TN) Eficiência de remoção de TN [%].% Com aredes / / 7/ /8 /.7% rocesso MBR Sistema híbrido erformance do Sistema Híbrido erformance do Sistema Híbrido ermeado Units Afluente Efluente JMS Sem aredes Com aredes Turbidez [mg/l].... Turbidez 8. 9.7 COT [mg/l]. 8.8.. TN [mg/l]. 9. 7.. COT 8.. NH-N [mg/l]...9. NOx-N [mg/l]... 8.8 T [mg/l]..7.. Alcalini. [mg-caco/l]. 9.7.. ph [-] 7.7.9.. TN NH-N T.7 7.. 8. 7.. JMS MBR Não tratado [%] Turbidez %, COT 9.%, T 9.%
Conclusões Baffled MBR O bmbr proposto realiza nitrificação e desnitrificação simultânea e e filtração estável em um único reator A eficiência de remoção de nitrogênio aumentou de.% para.7% O bmbr NÃO requeriu espaço adicional nem consumo de energia extra para melhorar a eficiência de remoção de nitrogênio Apesar de resultados consideravelmente satisfatórios terem sido obtidos, experimentos com o bmbr têm sido realizados utilizando o método de tentativa e erro, o que tem levado a altos custos operacionais, riscos para a planta e, muitas vezes, obtenção de resultados contraditórios. De uma forma geral, o sistema híbrido JMS-bMBR apresentou uma alta performance de remoção de C, N and Baffled MBR Baffled MBR Escala de Bancada Uma unidade em escala de bancada foi então projetada de forma a obter-se um melhor entendimento dos processos de nitrificação/desnitrificação relacionados com as condições cíclicas do Baffled Membrane Bio- Reactor (bmbr). 7 8 Baffled MBR Escala de Bancada. cm Materiais e Métodos Composição da água sintética (SW). cm. cm 7. cm. cm. cm Dentro das aredes = 9. L Fora das aredes =. L. cm. cm Razão.87. cm. cm. cm. cm. cm. cm 9 Componente SW SW Glucose CH COONa.7 NaHCO Yeast extract 9 9 Urea NH Cl 9 7. K HO. KH O CaCL.H O 7. 7. MgSO.7H O 7. 7. FeSO.7H O ZnCl.. MnCl.H O.. O reator foi inoculado com gtss l - (8 gvss l - ) de lodo ativado da unidade piloto bmbr. Bicarbonato de sódio: ph 7 a 8. Acetato: fonte de carbono para crescimento microbiano. KH O : manter o ph. C:N =.
erfil de Tratamento Remoção de COT e NH + -N Concentration Concentração (mgnl - l) - ) Air Air CC SW SW OTC OTC Air Air C NH + -N NO - -N CC 7 8 9 Tempo Time (days) (dias) Eficiência de remoção de COT e NH + -N > 99% até mgl - e mgl -, respectivamente. TN < mgl-. Os resultados concordam os obtidos na unidade piloto. Concentration (mgl - ) Concentração (mgl - )..8.....8.... (b) Ciclo: mins Tempo Time (min) NH + -N NO - -N TOC 8 8 Concentration (mgl - ) Concentração (mgl - ) erfil de Oxigênio Conclusões Concentração DO (mgl de Oxigênio - ) (mgl - ) 8 7 Inside Dentro baffles das paredes Outside Fora das baffles paredes Mais uma vez, o biorreator proposto, bmbr, atingiu nitrificação e desnitrificação simultânea em um único reator A eficiência de remoção de COT e amônia foi maior que 99% até mgl - e mgl -, respectivamente. 8 to 9% do nitrogênio oxidado pelo processo de nitrificação foi desnitrificado. Tempo Time (h) Redução da concentração de oxigênio em % (. mgl - ) dentro das paredes quando a água atinge o nível mais alto. Ao mesmo tempo, concentração de oxigênio fora das paredes aumenta para o mesmo valor. De um modo geral, a unidade de bancada do bmbr mostrou alta performance de remoção de C e N Aplicação de rocessos de Membranas rocessos descentralizados Estação de tratamento de efluentes domésticos convencional Estações espaciais Airplane Aeronaves Building rédios Recreation Lazer Estação de tratamento de efluentes domésticos com MBR House Casas Resíduos industriais Stream Águas water superficiais Groundwater Águas subterrâneas Sistemas sustentáveis descentralizados! Reuso da água!!!!
Trabalhos Futuros Agradecimentos Critérios de sustentabilidade para MBRs Critérios Indicadores Melhora necessária Econômico Custo e aquisição? Ambiental Qualidade do efluente tratado Micróbios Sólidos suspensos Orgânicos biodegradáveis Remoção de nutrientes Uso de químicos? Energia? Área de ocupação Técnico Estabilidade Facilidade de uso? Flexibilidade e adaptabilidade Sistemas em escalas pequenas Sócio cultural Requerimentos institucionais? Aceitação? Experiência? Sustentabilidade total: BOA 7 Este pesquisa é parte do rojeto Sustainable metabolic systems of water and waste for area-based society financiado pelo st Center Of Excellence rogram (COE) do Japão. 8 Universidade de Hokkaido 9 7