Lodo ativado com aeração prolongada operado sob baixa concentração de oxigênio dissolvido: comportamento cinético das bactérias heterotróficas e autotróficas nitrificantes

Bueno, Rodrigo de Freitas; Piveli, Roque Passos; Campos, Fábio

doi:10.1590/S1413-41522019134260

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Engenharia Sanitaria e Ambiental

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Sumário

Artigo Técnico • Eng. Sanit. Ambient. 24 (05) • Sep-Oct 2019 • https://doi.org/10.1590/S1413-41522019134260 copiar

Lodo ativado com aeração prolongada operado sob baixa concentração de oxigênio dissolvido: comportamento cinético das bactérias heterotróficas e autotróficas nitrificantes

Extended aeration activated sludge process operated under low dissolved oxygen concentration: Kinetic behavior of nitrifying heterotrophic and autotrophic bacteria

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

RESUMO

Este trabalho teve como objetivo a determinação dos parâmetros cinéticos que descrevem o crescimento das bactérias heterotróficas e autotróficas nitrificantes em três sistemas de lodos ativados com aeração prolongada, operados com baixa aeração, a fim de se obter a remoção de nitrogênio de esgoto sanitário pelo processo de nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS). Em relação às remoções de matéria orgânica e nitrogênio, aplicando-se idade do lodo na faixa de 12 a 20 dias e concentrações de oxigênio dissolvido (OD) nos reatores em torno de 0,5 mg O₂.L^-1, foi possível obter eficiências superiores a 90% e um esgoto tratado com concentrações de nitrato inferiores a 7,0 mg N.L^-1. Os experimentos realizados comprovam que, nas condições operacionais adotadas durante os testes respirométricos, as bactérias heterotróficas e autotróficas presentes nos lodos ativados estavam ativos e, ainda que baixa, a concentração de OD não foi limitante para o desenvolvimento da cinética dos processos envolvidos na remoção de materiais orgânico e nitrogenado.

Palavras-chave:
lodo ativado; nitrificação e desnitrificação simultâneas; parâmetros cinéticos; respirometria

Parâmetros	STE-1	STE-2	STE-3
Dias de operação	240	180	1.440
Volume do reator (m³)	0,183	0,500	28.059
Vazão afluente média (L.min^-1)	0,156	0,542	28.200
Fator de recirculação de lodo (r)	0,8-1,0	0,8-1,0	0,8-1,0
Idade do lodo (dias)	20	12	12
A/M (kg DBO.kg SSV^-1.d^-1)	0,10 ± 0,2	0,15 ± 0,3	0,16 ± 0,3
TDH (horas)	24 ± 4,0	17 ± 6	17 ± 6
OD	0,38 ± 0,1	0,46 ± 0,18	0,56 ± 0,30
Temperatura média do licor misto (°C)	23,0 ± 3,0	26,5 ± 2,4	27,0 ± 2,3

Símbolo	Equações	N^o
TCO	$T C O = \frac{d O}{d t} = \frac{{O D}_{m a x} - {O D}_{m i n}}{t_{1} - t_{0}}$	Equação 2
X_a	$X_{a} = \frac{{T C O}_{e n d}}{[f_{c v} * (1 - f) * b_{h}]} * 24$	Equação 3
K_ms	$K_{m s} = 3 * \frac{{T C O}_{e x o}}{X_{a}} * 24$	Equação 4
µ_max	$μ_{m a x} = Y_{h} * K_{m s}$	Equação 5

Símbolo	Equações	N^o
TCO_n	${T C O}_{n} = {T C O}_{m á x} - {T C O}_{m í n}$	Equação 6
r_n	$r_{n} = \frac{{T C O}_{n}}{4,57} * 24$	Equação 7
N_l	$\frac{0,1 * X_{v} * V_{r}}{R_{s} * Q_{a f l}}$	Equação 8
N_c	$N_{c} = {N T K}_{a} - {N T K}_{e} - N_{l}$	Equação 9
X_n	$X_{n} = \frac{Y_{n} * N_{c} * R_{s}}{(1 + b_{n} * R_{s}) * R_{h}}$	Equação 10
µ_{m n}	$μ_{m n} = \frac{Y_{n} * r_{n}}{X_{n}}$	Equação 11

Parâmetros	STE-1	STE-2	STE-3	Unidade
Reator
SSV	3.007 ± 464	3.274 ± 557	3.069 ± 579	mg.L^-1
OD	0,38 ± 0,1	0,46 ± 0,18	0,56 ± 0,30	mgO₂.L^-1
pH
Esgoto bruto	7,0 ± 0,2	6,9 ± 0,2	6,9 ± 0,2	-
Esgoto tratado	6,8 ± 0,2	6,8 ± 0,2	6,8 ± 0,2	-
Alcalinidade
Esgoto bruto	203 ± 23	235 ± 26	229 ± 29	mgCaCO₃.L^-1
Esgoto tratado	91 ± 28	116 ± 27	126 ± 27	mgCaCO₃.L^-1
DQO
Esgoto bruto	587 ± 172	737 ± 84	708 ± 106	mg.L^-1
Esgoto tratado	249 ± 86	82 ± 27	100 ± 54	mg.L^-1
Remoção	96	90	90	%
SST
Esgoto bruto	92 ± 22	420 ± 185	420 ± 185	mg.L^-1
Esgoto tratado	8 ± 5	50 ± 35	117 ± 115	mg.L^-1
Remoção	92	90	72
Fósforo total
Esgoto bruto	7,5 ± 0,4	9,5 ± 2,6	9,5 ± 2,3	mgP.L^-1
Esgoto tratado	3,0 ± 0,4	4,0 ± 1,5	4,0 ± 1,4	mgP.L^-1
Remoção	60	58	58	%
N total
Esgoto bruto	63 ± 9	49 ± 10	44 ± 11	mgN.L^-1
Esgoto tratado	8 ± 3	8 ± 2	7 ± 2	mgN.L^-1
Remoção	90	85	85	%
NTK
Esgoto bruto	63 ± 9	49 ± 10	44 ± 11	mgN.L^-1
Esgoto tratado	5 ± 2	6 ± 2	5 ± 4	mgN.L^-1
Remoção	91	89	89	%
N-NH₃
Esgoto bruto	52 ± 6	38 ± 7	31 ± 10	mgN.L^-1
Esgoto tratado	2 ± 2	2 ± 1	4 ± 4	mgN.L^-1
Remoção	96	95	90	%
N-NO₂ ^-
Esgoto bruto	ND	ND	ND	mgN.L^-1
Esgoto tratado	ND	ND	ND	mgN.L^-1
N-NO₃ ^-
Esgoto bruto	0,1 ± 0,1	0,1 ± 0,1	0,2 ± 0,1	mgN.L^-1
Esgoto tratado	7,2 ± 3,9	1,8 ± 1,1	2,2 ± 1,4	mgN.L^-1

Constantes cinéticas das bactérias heterotróficas
STE-1			STE-2		STE-3
Constante	µ_m20 (d ^-1 )	r_máx (mg DQO.mg X_a.d^-1)	µ_m20 (d^-1)	r_máx (mg DQO.mgX_a.d^-1)	µ_m20 (d^-1)	r_máx (mg DQO.mgX_a.d^-1)
Média	2,2	5,0	2,6	6,0	2,8	6,2
Máxima	3,2	7,1	4,2	8,3	4,4	8,5
Mínima	1,5	3,4	1,4	3,2	1,6	3,4
DP	0,4	0,8	1,1	1,0	1,3	1,2
CV (%)	16,9	16,9	8,0	8,0	9,0	9,0
n	10	10	10	10	10	10

Variáveis	STE-1		STE-2		STE-3
Variáveis	TCO_exo mgO₂.L^-1.h^-1	TCO_{n máx} mgO₂.L^-1.h^-1	TCO_end mgO₂.L^-1.h^-1	TCO_{n máx} mgO₂.L^-1.h^-1	TCO_exo mgO₂.L^-1.h^-1	TCO_{n máx} mgO₂.L^-1.h^-1
Média	55	45	36	22	32	18
Máximo	60	50	46	32	44	30
Mínimo	38	28	23	9	22	8
DP	4,5	4,5	8	7	7	7
CV (%)	8,2	10,1	15	15	22	40
n	10		10		10

Variáveis	STE-1		STE-2		STE-3
Variáveis	TCO_exo mgO₂.L^-1.h^-1	TCO_{n máx} mgO₂.L^-1.h^-1	TCO_end mgO₂.L^-1.h^-1	TCO_{n máx} mgO₂.L^-1.h^-1	TCO_exo mgO₂.L^-1.h^-1	TCO_{n máx} mgO₂.L^-1.h^-1
Média	21	11	22	8	20	6
Máximo	26	16	26	12	25	11
Mínimo	15	5	16	2	16	2
DP	2,5	2,5	5	5	3	3
CV (%)	12,4	24,1	18	18	16	55
n	10		10		10

Variáveis	BOA (d^-1)
Variáveis	STE-1			STE-2			STE-3
Frações	µ_m20	K_n20	r_{n máx}	µ_m20	K_n20	r_{n máx}	µ_m20	K_n20	r_{n máx}
Média	0,68	0,42	10,0	0,40	0,81	116	0,39	0,80	96
Máximo	1,94	1,20	11,0	0,68	1,30	169	0,65	1,30	158
Mínimo	0,31	0,11	6,1	0,12	0,50	35	0,17	0,50	42
DP	0,37	0,30	1,0	0,20	0,35	35	0,16	0,31	38
CV (%)	54,7	71,0	10,1	35	35	35	40	38	40
n	10			10			10

Variáveis	BON (d^-1)
Variáveis	STE-1			STE-2			STE-3
Frações	µ_m20	K_n20	r_{n máx}	µ_m20	K_n20	r_{n máx}	µ_m20	K_n20	r_{n máx}
média	0,62	0,54	9,2	0,51	0,71	126	0,49	0,67	119
máximo	1,35	0,88	14,0	0,98	1,15	244	0,96	1,10	232
mínimo	0,23	0,16	4,4	0,15	0,22	48	0,17	0,18	42,11
DP	0,29	0,31	2,2	0,31	0,35	66	0,27	0,29	65
CV (%)	46,7	57,9	24,1	40	40	40	55	44	55
n	10			10			10

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[1] *Autor correspondente: rodrigo.bueno@ufabc.edu.br