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Tipo do documento: Tese
Title: Partida e operação de um Reator Nitrammox® para o tratamento de digestatos com baixa relação Carbono/Nitrogênio
Other Titles: Start-up and operation of Nitrammox® Reactor for digestates with low c/n ratio treatment
Autor: Bonassa, Gabriela 
Primeiro orientador: Kunz, Airton
Primeiro membro da banca: Kunz, Airton
Segundo membro da banca: Prá, Marina Celant de
Terceiro membro da banca: Gotardo, Jackeline Tatiane
Quarto membro da banca: Gomes, Simone Damasceno
Quinto membro da banca: Araújo, Juliana Calabria de
Resumo: Dentre os processos biológicos para remoção autotrófica de nitrogênio de águas residuárias, a desamonificação (nitritação parcial/Anammox) destaca-se por proporcionar maiores eficiências e reduzir custos no tratamento de efluentes com baixa relação C/N, como os digestatos da suinocultura. Apesar dos avanços nos últimos anos em relação à implementação desse processo no tratamento de uma ampla variedade de efluentes, ainda existem alguns desafios relacionados às concentrações ideais de nitrogênio amoniacal (preparo do substrato), comportamento e modulação da comunidade microbiana, morfologia e estabilidade do lodo granular em reatores. Essas questões precisam ser exploradas e investigadas visando à transferência da tecnologia otimizada para o campo. Em função disso, este trabalho foi dividido em duas etapas: (i) determinar as melhores condições de amônia e (ii) aplicá-las a um reator de fase única denominado NITRAMMOX®. Na primeira etapa, com auxílio de ferramentas matemáticas e testes cinéticos em batelada de atividade específica de consumo de substrato, uma série de modelos cinéticos empíricos foi testada. O objetivo era determinar a concentração de substrato ideal para operar o processo de desamonificação com alta eficiência, performance e baixa perturbação das bactérias oxidadoras de amônia (BOA) e Anammox. Uma vez que os modelos da literatura demonstraram parâmetros inconsistentes para descrever o processo, um novo modelo cinético foi proposto. Com isso, baseado no modelo cinético e nas condições otimizadas, que proporcionam máxima atividade específica e consumo de amônia (qmax), concluiu-se que, até 500 mg N-NH3 L -1, não ocorrem inibições por substrato (amônia e/ou nitrito), amônia livre ou ácido nitroso livre na desamonificação. A vantagem da nova equação cinética é a possibilidade de ser aplicada para uma gama de substratos no tratamento de efluentes, visando à remoção de nitrogênio. A validação do modelo cinético desenvolvido foi o objetivo da segunda etapa do trabalho. Para isso, no reator NITRAMMOX®, testaram-se 3 fases experimentais: 100, 250 e 500 mg N-NH3 L-1, durante 355 dias de operação. Além disso, também se verificou o comportamento da comunidade microbiana e morfologia do grânulo durante a operação do reator. Dentre as três fases operacionais, a máxima atividade específica (qmax) e eficiência de remoção de nitrogênio foram obtidas operando o reator NITRAMMOX® nas condições estabelecidas pelo modelo matemático (500 mg N-NH3 L-1; qmax = 40,7 mg N-NH3 gSVV−1 h−1; ERN = 82,56%). Observou-se também a modulação da comunidade de microrganismos no decorrer do experimento. O gênero de maior abundância nas condições descritas era Candidatus Brocadia (filo Planctomycetes) e as características morfológicas do grânulo apresentam-se mais estáveis devido à maior excreção de SPE e relação PN/PS. Os resultados obtidos neste trabalho validam o modelo anteriormente proposto, pois, nas condições determinadas, houve a maximização da eficiência do processo de remoção de nitrogênio. Esses dados também demonstram a robustez e aplicabilidade do reator NITRAMMOX® para tratamento de efluentes com alta concentração de nitrogênio amoniacal, servindo de subsídio para futuras aplicações em escalas maiores de operação.
Abstract: Among the biological process to autotrophic biological nitrogen removal from wastewaters, the deammonification (partial nitritation/Anammox) stands out for providing greater efficiencies and reduced costs to the treatment of low C/N ratio effuents, like swine digestates. Despite the advances in the lastest years about the impletation of this process to the treatment of a wide variety of effluents, some gaps related to the ideal ammoniacal nitrogen concentration (substrate treatement), behavior and modulation of the microbial community, morphology and stability of the granular sludge in reactors, are not fully aswered. Such questions need to be better explored and investigated as a strategy to transfer and scale-up the optimized technology to the field. As a function of this, the present work was divided in two steps: (i) determine the best ammonia conditions and (ii) apply them in a single-phase reactor called NITRAMMOX®. In the first stage, based on mathematic tools and batch kinetic tests of specific substrate consumption, a wide variety of empirical kinetic models were tested. The aim was to determine the ideal substrate concentration to operate the deammonification process with high efficiency, performance and low inhibition to the Ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and Anammox. Since the theoretical kinetic models showed inconsistent parameters to describe the process, a new kinetic model was proposed. With such, based on the kinetic model and the optimized conditions that provided the maximum specific activity and ammonia consumption (qmax), it was concluded that up to 500 mg NH3-N L -1, no inhibitions by substrate (ammonia and/or nitrite), free ammonia or free nitrous acid occurs in the deammonification process. The advantage of the new kinetic equation is that it can be applied to a range of substrates in the treatment of effluents to nitrogen removal. The validation of the kinetic model developed was the objective of the second step of the thesis. For such, in the NITRAMMOX® reactor operation was tested 3 operational phases: 100, 250 e 500 mg NH3-N L-1, during 355 operation days. Furthermore, during the reactor operation was also verified the behavior of the microbial community and granule morphology. Beyong the three operational phases, the maximum specific activity (qmax) and nitrogen removal efficiency were obtained with the NITRAMMOX® reactor operation under the conditions established by the kinetic model (500 mg NH3-N L-1; qmax = 40.7 mg NH3-N gVVS−1 h−1; NRE = 82.56%). Was also observed microrganism community modulation during the experiment. The higher abundance gene under the described conditions was Candidatus Brocadia (phylum Planctomycetes), and the granules morphology characeristics showed higher stability, due to the higher EPS excration and PN/PS ratio. The results obtained in this work validate the previously proposed model, since under the conditions determined by it the nitrogen removal efficiency of the process was maximized. These data also show the robustness and applicability of the NITRAMMOX® reactor to the treatment of wastewaters with high ammoniacal nitrogen concentration, being a subsidy to the technology future scale-up.
Keywords: Anammox
Tratamento de efluentes
Modelos cinéticos
Comunidade microbiana
Reator NITRAMMOX
Anammox
Wastewater treatment
Kinetic models
Microbial community
Reactor NITRAMMOX
CNPq areas: Recursos hídricos e Saneamento Ambiental
Idioma: por
País: Brasil
Publisher: Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição: UNIOESTE
Departamento: Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola
Campun: Cascavel
Citation: BONASSA, Gabriela. Partida e operação de um Reator Nitrammox® para o tratamento de digestatos com baixa relação Carbono/Nitrogênio. 2021. 207 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel - PR.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://tede.unioeste.br/handle/tede/5613
Issue Date: 18-Aug-2021
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Agrícola (CVL)

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