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Tipo do documento: Tese
Title: Desnitrificação autotrófica de efluente avícola em reator de leito fixo de calcário dolomítico e enxofre elementar
Other Titles: Autotrophic denitrification of poultry effluent in fixed bed reactor of dolomitic limestone and elemental sulfur
Autor: Model, Adriana Neres de Lima 
Primeiro orientador: Gomes, Benedito Martins
Primeiro membro da banca: Passig, Fernando Hermes
Segundo membro da banca: Gomes, Simone Damasceno
Terceiro membro da banca: Kreutz, Cristiane
Quarto membro da banca: Okada, Dagoberto Yukio
Resumo: A nitrificação acoplada à desnitrificação autotrófica, a partir do enxofre elementar como doador de elétrons, pode ser uma opção adequada no pós-tratamento de efluentes anaeróbios, os quais contêm nitrogênio amoniacal que deve ser nitrificado, cujas baixas concentrações de carbono (C/N<5) dificultam a desnitrificação heterotrófica. Devido ao consumo de alcalinidade nos dois processos, materiais calcários podem ser utilizados como alcalinizantes para garantir as eficiências de remoção do nitrogênio. Com base nessa constatação, esta pesquisa propôs a aplicação da nitrificação seguida da desnitrificação autotrófica em único reator contendo enxofre elementar e calcário dolomítico na remoção de nitrogênio de efluente anaeróbio proveniente de frigorífico avícola. Devido às lacunas presentes na literatura sobre a aplicação da desnitrificação autotrófica a partir do enxofre elementar em efluentes reais, esse estudo foi dividido em três etapas. Na primeira etapa, avaliou-se o desempenho da desnitrificação autotrófica em quatro reatores anóxicos de leito fixo de enxofre elementar e calcário dolomítico nas proporções de 4:0, 3:1, 1:1 e 1:3. Os reatores foram submetidos à alimentação de carga nitrogenada constante de 0,114 kg N m³ -1 d-1 em cinco condições de alcalinidade inicial (1000, 800, 600, 400 e 200 mg CaCO3 L-1). Os reatores apresentaram comportamento semelhante nas cinco condições experimentais avaliadas. As maiores eficiências de desnitrificação (entre 84,8 e 94,9%) foram observadas nas três primeiras condições, com taxa de desnitrificação de 0,102±0,002 kg NOx m³ -1 d-1 e consumo aparente de alcalinidade superior a 244,8 mg CaCO3 L-1. As eficiências de desnitrificação tenderam a diminuir em função do decréscimo da alcalinidade inicial a partir da terceira condição experimental (600 mg CaCO3 L-1) devido ao consumo excessivo e ao incremento insuficiente de alcalinidade (<180 mg CaCO3 L-1) a partir do calcário dolomítico. Na segunda etapa, o reator anóxico com composição de leito na relação de 1:3, em condição inicial de alcalinidade de 600 mg CaCO3 L-1, foi operado em TDH de 14, 10 e 6 horas. O reator apresentou eficiências de desnitrificação de 94,4±2,0 e 94,9±2 e 71,1±7,8% e taxas de desnitrificação de 0,115±0,007, 0,164±0,007 e 0,217±0,025 kg NOx m³ -1 d-1 para os TDH de 14, 10 e 6 horas, respectivamente. No TDH de 6 horas, a sobrecarga aplicada e a limitada transferência de massa, devido ao acúmulo de gases no leito, podem ter contribuído para diminuição do desempenho do reator. A terceira etapa abordou estratégias de alimentação com mistura de efluentes amonificado e nitrificado em diferentes proporções de 1:3 (E1), 1:1 (E2) e 3:1 (E3) em reator anóxico-aeróbio de leito fixo de enxofre elementar: calcário dolomítico de 1:3 em condição inicial de alcalinidade de 1000mg CaCO3L-1. O reator apresentou eficiências de remoção de nitrogênio amoniacal e total de 67,3±6,4 e 64,2±6,3% para a condição E1, 63,4±6,4 e 53,1±7,1% para E2 e 14,2±4 e 33,8±1,7% para E3. A geração de sulfeto de hidrogênio a partir, principalmente, do efeito de desproporção do enxofre no compartimento anóxico, pode ter contribuído para a inibição parcial das bactérias nitrificantes. A dificuldade em manter o processo de nitrificação foi caraterizada como fator limitante na remoção de nitrogênio. As baixas eficiências de remoção de nitrogênio total indicaram que a nitrificação seguida da desnitrificação autotrófica, a partir do enxofre elementar em único reator, não foi adequada para remover compostos nitrogenados de efluente anaeróbio de frigorífico avícola
Abstract: Nitrification associated to autotrophic denitrification, up from an elemental sulfur as an electron donor, can be an adequate option during the post-treatment of anaerobic effluent, which contains ammoniacal nitrogen that should be nitrified, and whose low carbon concentrations (C/N<5) make heterotrophic denitrification difficult. Due to the alkalinity consumption in both processes, lime materials can be applied as alkalizing to ensure the nitrogen removal efficiencies. Therefore, based on this finding, this research has proposed nitrification application followed by autotrophic denitrification in a single reactor containing elemental sulfur and dolomitic limestone to remove nitrogen from an anaerobic effluent from a cold storage from poultry industry. Thus, this study was divided into three steps due to some gaps in literature on the application of autotrophic denitrification up from elemental sulfur in real effluents. In the first step, the performance of autotrophic denitrification was evaluated in four anoxic fixed-bed reactors of elemental sulfur and dolomitic lime at 4:0, 3:1, 1:1 and 1:3 ratios. The reactors were submitted to constant nitrogen feed load (0.114 kg N m³ -1 d-1) under five initial alkalinity conditions (1,000, 800, 600, 400 and 200 mg CaCO3 L-1). The reactors showed similar behavior under those five evaluated experimental conditions. The greatest denitrification efficiencies (from 84.8 to 94.9%) were observed in the first three conditions, whose denitrification rate was 0.102 ± 0.002 kg NOx m³ -1 d-1 and apparent consumption of alkalinity superior to 244.8 mg CaCO3 L-1. Denitrification efficiencies tended to decrease due to the decrease in the initial concentration of alkalinity up from the third experimental condition (600 mg CaCO3 L-1) due to an excessive consumption and inadequate increase of alkalinity (< 180 mg CaCO3 L-1) from dolomitic limestone. During the second step, the anoxic reactor with bed composition (1: 3 ratio), whose initial alkalinity condition was 600 mg CaCO3 L-1, operated at 14, 10 and 6 h HRT. The reactor showed denitrification efficiencies of 94.4 ± 2.0; 94.9 ± 2; 71.1 ± 7.8% as well as denitrification rates of 0.115 ± 0.007; 0.164 ± 0.007 and 0.217 ± 0.025 kg NOx m³ -1 d-1 for HDT of 14, 10 and 6 hours, respectively. At the sixth hour-HRT, the applied overload and limited mass transfer may have contributed to performance decrease into the reactor due to the accumulation of gases in the bed. The third step approached about feeding strategies with mixing ammonified as well as nitrified one in different rates 1:3 (E1), 1:1 (E2) and 3:1 (E3) in anoxic-aerobic reactor of fixed bed with elemental sulfur: dolomitic limestone 1: 3, under 1,000 mg CaCO3 L-1 initial condition of alkalinity. The reactor presented some efficiencies of ammoniacal and total nitrogen removal of 67.3 ± 6.4 and 64.2 ± 6.3% for E1 condition, 63.4 ± 6.4 and 53.1 ± 7.1% for E2 and 14.2 ± 4.4 and 33.8 ± 1.7% for E3. The generation of hydrogen sulfide mainly from sulfur imbalance effect in anoxic compartment may have contributed to a partial inhibition of nitrifying bacteria. The difficulty in keeping the nitrification process was characterized as a limiting factor during nitrogen removal. Low total nitrogen removal efficiencies have implied that nitrification followed by autotrophic denitrification from elemental sulfur in a single reactor was inadequate to remove nitrogenous compounds of anaerobic effluent from a cold storage from poultry industry
Keywords: Biofilme
Sulfato
Nitrificação
Alcalinidade
Comportamento Hidrodinâmico
Biofilm
Sulfate
Nitrification
Alkalinity
Hydrodynamic behavior
CNPq areas: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA
Idioma: por
País: BR
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Parana
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Engenharia
Program: Programa de Pós-Graduação "Stricto Sensu" em Engenharia Agrícola
Citation: MODEL, Adriana Neres de Lima. Autotrophic denitrification of poultry effluent in fixed bed reactor of dolomitic limestone and elemental sulfur. 2016. 59 f. Tese (Doutorado em Engenharia) - Universidade Estadual do Oeste do Parana, Cascavel, 2016.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://tede.unioeste.br:8080/tede/handle/tede/2698
Issue Date: 16-Feb-2016
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Agrícola (CVL)

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