Desenvolvimento e validação de protótipo de reator para aplicação do processo de desamonificação utilizando digestato da suinocultura

Abstract

Dentre os processos para remoção autotrófica de nitrogênio, a desamoni- ficação se destaca por alcançar maiores eficiências e reduzir custos no tratamento de efluentes concentrados com baixa relação C/N, como os digestatos da suinocultura. Apesar de muito estudado nos últimos anos, ainda existem desafios em torno da configuração de reatores e imple- mentação do processo em maior escala de operação. Em função disso, a hipótese geral desse trabalho teve como desafio o desenvolvimento e validação de um protótipo de reator eficiente para aplicabilidade do processo de desamonificação, evitando a exposição das bactérias às condições de estresse e visando a transferência da tecnologia otimizada para o campo. O reator desenvolvido foi denominado DESAMMOX e projetado para operar em escoamento contínuo, do tipo airlift de tubos concêntricos, agitado e misturado pneumaticamente, aliado a geometria própria de dimensionamento com fundo cônico para favorecer os dois grupos de bactérias do processo de desamonificação: as bactérias oxida- doras de amônia (BOA) e as bactérias com atividade anammox. O resul- tado da caracterização hidrodinâmica indicou o regime de escoamento do reator como fluxo predominante para mistura completa, sendo o tem- po de retenção hidráulica (TRH) de 6 horas o melhor em termos de ope- ração do sistema. Nessa condição, as anomalias de curto circuito e zonas mortas são reduzidas, atingindo bons resultados de eficiência hidráulica. Após inoculação, foi possível realizar a partida do reator DESAMMOX levando 12 dias para estabelecer o processo. Além disso, o processo estabelecido foi capaz de suportar ampla variabilidade da concentração do substrato, adaptando-se bem a situações de estresse. Sob condições controladas, à 25oC, TRH de 6 h, concentração de amônia de 200 mgN- NH3/L e diluição do digestato realizada com água da torneira o protótipo alcançou uma eficiência média de remoção de amônia de 95,5% e remo- ção de nitrogênio total de 84%. Quando implementado o reciclo do eflu- ente final e utilizado do mesmo para diluição do digestato, a eficiência foi mantida atingindo 90% de remoção de amônia e 84% de nitrogênio total, demonstrando a permanência e estabilidade do processo de desa- monificação no reator DESAMMOX. Aproximadamente 88% do eflu- ente final foi reutilizado no sistema, reduzindo o consumo de água do processo, sendo que o volume excedente se apresentou apto para lança- mento em corpos d?água segundo legislação ambiental vigente.<br>

Abstract : Among the processes for autotrophic nitrogen removal, the deammonifi- cation process stands out for achieving greater efficiencies and reducing costs in the treatment of concentrated effluents at low C/N ratio, such as swine digestate. Although already studied in recent years, there are still challenges surrounding the reactors configuration and large-scale im- plementation of this process. The main hypothesis of this thesis was the development and validation of a new and efficient reactor prototype for deammonification process, avoiding the bacteria stress conditions and aiming the scale-up to the field. The developed reactor is called DESAMMOX and was designed to work in continuous flow, as airlift with concentric tubes, pneumatically mixed and allied to the itself ge- ometry of conical bottom to favor the two groups of Deammonification bacteria: the ammonia oxidizing bacteria (AOB) and the Anammox bacteria. The hydrodynamic characterization results showed the reactor regime flow as complete mixing, with the best hydraulic retention time (HRT) of 6 hours. In this condition, short-circuit and dead-zone anoma- lies are reduced, achieving good hydraulic efficiency during the system operation. After inoculation, the DESAMMOX reactor achieved the start-up with 12 day. In addition, the reactor was robust for deammonifi- cation process, supporting wide variability of feed concentration and well adapting to stress situations. Under controlled conditions, at 25oC, HRT of 6 h, 200 mgN-NH3/L and digestate dilution performed with tap water the prototype achieved an ammonia removal efficiency of 95.5% and total nitrogen removal efficiency of 84%. When the DESAMMOX final effluent was recirculated and used to dilute the digestate reactor influent, the efficiency was maintained reaching 90% for ammonia re- moval and 60% for total nitrogen removal, showing the good perfor- mance and stability of the deammonification process in the reactor. Ap- proximately 88% of the final effluent was reused in the system, saving water and the surplus volume was able to be released in water bodies according to the brazilian environmental legislation.