Reator de biofilme fixo aerado submetido à contra-difusão de aceptores e doadores de elétrons para remoção de compostos nitrogenados

Autor(es)

Bruno Garcia Silva

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/SBD)
• Data de defesa: 2020-11-13

Membros da banca

Eugenio Foresti; Ana Claudia Barana; João Paulo Bassin; Deize Dias Lopes; Theo Syrto Octavio de Souza

• Orientador: Eugenio Foresti

Resumo

Uma nova configuração de reator, denominada foam-aerated biofilm reactor (FABR), foi avaliada para a remoção de nitrogênio e matéria orgânica de água residuária sintética. Esta nova configuração estabelece a contra-difusão de aceptores e doadores de elétrons no biofilme. Essa característica é especialmente eficaz no tratamento de águas residuárias com baixas relações DQO/N. Nos FABR ensaiados, o ar é injetado em um cilindro interno de aço inox perfurado, envolto por uma camada de espuma de poliuretano. Essa camada de espuma separa o compartimento aerado do compartimento não aerado, que recebe a água residuária. Avaliou-se o efeito da espessura da camada de espuma (10, 5 e 2 mm) e da relação DQO/N (5,0 e 2,5). O reator com 2 mm de espessura de espuma não apresentou boa aderência da biomassa e, portanto, não apresentou remoção de N. Os reatores com 5 e 10 mm, alimentados com ambas águas residuária, apresentaram eficiências médias de remoção de nitrogênio total entre 36 e 46% A eficiência de desnitrificação foi de 100% durante todo o período experimental. Menores valores de espessura de espuma de poliuretano e de carga orgânica aplicada não proporcionaram maior taxa de nitrificação, como era esperado. O crescimento da biomassa foi associado à queda na eficiência de nitrificação, a qual foi restabelecida após descarte de biomassa. Concluiu-se que maior limitação do sistema está associada à resistência à transferência de massa no biofilme e não à espessura da camada de espuma. O aumento dessa resistência ocorreu devido ao crescimento da biomassa no interior da espuma, levando à colmatação dos poros e criando barreiras ao transporte de massa eficiente. Um modelo matemático foi elaborado para descrever o transporte de massa na espuma e as reações no biofilme. A difusividade efetiva e a porosidade do biofilme foram determinadas experimentalmente e incorporadas ao modelo. A análise de sensibilidade do modelo proposto mostrou que o valor da difusividade efetiva influiu de maneira preponderante nos resultados. Gradientes de concentração de oxigênio, nitrato, nitrito e amônia através do biofilme foram medidos usando microsensores e comparados com os valores calculados pelo modelo. Concluiu-se que o complexo de fibras de espumas e células bacterianas podem ser considerados como um biofilme, desde que considerada a difusividade efetiva adequada, que depende do grau de colmatação dos poros. (AU)

• Processo FAPESP: 17/10049-8 - Reator de biofilme fixo anóxico-aeróbio submetido a contra-difusão de aceptores e doadores de elétrons para remoção de compostos nitrogenados
• Beneficiário: Bruno Garcia Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado