Influence of the recirculation rate on the performance of Anerobic Aerobic Fixed Bed Reactor (AAFBR)

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5902/2179460X91482

Keywords:

Combined reactor, Removal of nutrients, Reactor hydrodynamics

Abstract

The objective of this research was to evaluate the influence of the recirculation rate on nutrient removal and on the hydrodynamic behavior of a fixed-bed anaerobic-aerobic reactor, operated on a bench scale, in the treatment of sanitary effluent. Different recirculation ratios (0.5, 1.0 and 1.5) were tested with a constant air flow of 10 L min-1. During the operation period, the physicochemical parameters were analyzed. Hydrodynamic tests were also carried out using pulse stimulus-response tests with the eosin Y tracer, to evaluate the hydrodynamic behavior and investigate anomalies. The 50% recirculation ratio proved to be the condition with the highest removal efficiency for total solids (83%). The 100% recirculation ratio was the most efficient for TKN (97%) and Nammon (99%). For the recirculation ratio of 150%, the highest removal efficiency was for phosphorus (33%). As for hydrodynamic behavior, according to the correlation of the theoretical uniparametric models tested, it is possible to state that the recirculation ratios of 50%, 100% and 150% presented correlation coefficients that indicate complete mixing, with good hydraulic efficiency for recirculation. of 100%. By varying these factors, it was possible to verify the influence of the recirculation ratio on the removal of nitrogen and phosphorus, as well as on the hydrodynamic behavior of the reactor.

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Author Biographies

Daiane Cristina de Freitas, Uninter

Doutora em Engenharia Civil (Área de concentração: Meio ambiente) pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Curitiba/PR (2020); Mestre em Ciência e Tecnologia Ambiental pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Curitiba/PR (2016); Especialista em Planejamento e Projetos Ambientais pela Faculdade Cidade Verde, Maringá/PR (2015); Engenheira Ambiental (CREA PR - 134558/D) graduada pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Campo Mourão/PR (2013).

Jéssica Luiza Bueno Trevizani, Uninter

Possui graduação em Engenharia Ambiental pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná (2012); mestrado em Engenharia Civil pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná (2015) com área de concentração: meio ambiente e linha de pesquisa: saneamento e recursos hídricos; doutorado pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR, com área de contração: meio ambiente e linha de pesquisa: sustentabilidade. Tem experiência na área de ecologia, gestão/auditoria, licenciamento e perícias. Trabalhos relacionados a Saneamento Ambiental e recursos hídricos, com ênfase em Tratamento de Efluentes têxteis e remoção de corantes por processos oxidativos como ozônio e persulfato de sódio. 

Edna Batista Rocha, Uninter

Biological Sciences

Karina Querne de Carvalho, Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Estadual de Maringá (1997), mestrado em Engenharia Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo (2002) e doutorado em Engenharia Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo (2006). Atuou como docente na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (câmpus Campo Mourão) junto aos Departamentos de Ambiental e de Engenharia Civil. Atualmente é Docente Titular na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (câmpus Curitiba) no Departamento Acadêmico de Construção Civil (DACOC), no Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental (PPGCTA) e no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil (PPGEC). Atuou no Mestrado Profissional em Rede Nacional em Gestão e Regulação de Recursos Hídricos como docente permanente. Tem experiência na área de Engenharia Sanitária, com ênfase em Tratamento de Águas de Abastecimento, Qualidade da Água em corpos hídricos, Tratamento de Esgotos Sanitários por Processos Biológicos e Tratamento de Águas Residuárias por processos físico-químicos. É bolsista de Produtividade em Pesquisa (PQ) do CNPq, nível 2.

Fernando Hermes Passig, Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Graduado em Engenharia Sanitária pela Universidade Federal de Santa Catarina (1993), Mestre em Engenharia Civil na Area de Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos/Universidade de São Paulo (1997), MBA em Gestão empresarial pela Fundação Getulio Vargas (2002) e Doutor em Engenharia Civil na Área de Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos / Universidade de São Paulo (2005). Atualmente é Professor Titular Dedicação Exclusiva da Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus Curitiba, atuando diretamente no curso de Pós graduação em ciência e Tecnologia Ambiental (PPGCTA), Pós Graduação em Engenharia Civil (PPGEC) e na graduação no Curso de Engenharia Ambiental e Sanitária. Tem experiência na área de Engenharia Sanitária, atuando principalmente nas seguintes Áreas: Gererenciamento e Tratamento de Águas, Gerenciamento e tratamento de Efluentes (Projetos e operação de estações de Tratamento de Esgotos) e Gerenciamento e Disposição Final de Resíduos Sólidos.

Adriana Regina Tozzi, Uninter

Graduada em Engenharia Civil pela Pontifícia Universidade Católica do Paraná PUCPR (2000) e Mestre em Engenharia de Produção pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS (2004). Como engenheira civil atuou na Implantação e Gerenciamento de Sistema de Qualidade em Obras Industriais, principalmente na área de instalações hidráulicas, elétricas e de prevenção contra incêndio.Como professora de engenharia, ministrou as disciplinas de construção civil, mecânica dos solos, estatística aplicada, ferramentas da qualidade e cálculo diferencial e integral. Atua em ensino de engenharia desde 2002, assumindo a coordenação de cursos a partir de 2014.Foi coordenadora do Colégio de Instituições de Ensino do CREA PR gestão 2019 - 2021.Atualmente coordena o curso de engenharia civil EAD do Centro Universitário Internacional Uninter. É coordenadora adjunta do Colégio de Instituições de Ensino do CREAPR gestão 2023 - 2024. Membro do Conselho Avaliador da Revista Técnico-Científica do CREAPR.

Carina Pedrozo, Uninter

Civil Engineer, MSc. in Water Resources and Environment

Possui graduação em Engenharia Civil pela Pontifícia Universidade Católica do Paraná (2000). MBA em Projetos e Marketing pela ESIC. Mestrado em Engenharia de Recursos Hídricos e Meio Ambiente na UFPR (2017). Atualmente é professora e tutora no Centro Universitário Internacional - Uninter, atuou como professora no Centro Universitário Autônomo do Brasil, nas disciplinas de Cálculo Diferencial e Integral e Mecânica dos Fluidos, Hidráulica e Obras Hidráulicas, Resistência dos Materiais e Topografia. Orientadora de Trabalhos de Conclusão de Curso em áreas correlatas.Tem experiência na área de Engenharia Civil, treinamento de colaboradores e palestras. Ênfase em Engenharia Hidráulica. Experiência e participação de Núcleo Docente Estruturante, na elaboração de Projetos Pedagógicos, na criação e organização de palestras e entrevistas, presenciais e remotas, de temas da escola Politécnica.

 

References

Calheiros, H. C., Perico, Ana C. S., Nunes, C. F. (2009). Estudo experimental de aspectos hidrodinâmicos e da partida de um reator anaeróbio sequencial tratando esgotos domésticos. Ambi-Agua, 4 (3), 144-156.

Chernicharo, C. A. L.,Van Haandel, A. C., Cavalcanti, P. F. F. (1999). Controle Operacional de Reatores aneróbios. Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 9, 221-247.

Dillalo, R.; Albertson, O. E. (1961). Volatile acids by direct titration. Journal of Water Pollution Control Federation, 33 (4), 356-365.

Eaton, A. D. Clesceri, L. S., Rice, E. W.; Greenberg, A. E. (2005). Standard methods for the examination of water and wastewater. 21. ed. Washington (EUA): American Public Health Association; American Water Works Association; Water Pollution Control Federation.

Gerardi, M. H. (2006). Wastewater Bacteria. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc. 272 p. (Série Wasterwater Microbiology).

Jordão, E. P., Pessoa, C. A. (2011). Tratamento de Esgotos Domésticos. 6. ed. Rio de Janeiro: Abes, 969 p.

Kellner, E., Moreira, J. F. V.; Pires, E. C. (2009). Influência da estratificação térmica no volume útil e no comportamento hidrodinâmico de lagoa de estabilização: determinação experimental e teórica. Engenharia Sanitária e Ambiental, 14 (1), 129-138.

Kreutz, C. (2012). Comportamento de reator anaeróbio-aeróbio no tratamento de efluente bovino. [Tese Doutorado em Engenharia Agrícola, Universidade Estadual do Oeste do Paraná]. Repositório Institucional da UNIOESTE. https://tede.unioeste.br/handle/tede/2884

Lettinga, G. (1996). Sustainable integrated biological wastewater treatment. Water Science And Technology, 33 (3), 85-98.

LevenspieL, O. (2000). Engenharia das Reações Químicas. 3 ed. São Paulo: Edgard Blücher Ltda.

Lima, C. A. A. (2001). Tratamento de esgoto sanitário em reator horizontal de leito fixo (RAHLF) - Escala Piloto. [Tese Doutorado em Engenharia, Universidade de São Paulo]. Repositório USP. http://repositorio.eesc.usp.br/items/415e88e0-4f6a-477a-a6f1-1a84a22db0c1Metcalf, L., Eddy, H. (2005). Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. 4. ed. New York: Mcgraw-hill. 1819 p.

Nogueira, R. M. O. B., Lazarova, V., Manem, J., Melo, L. F. (1998). Influence of dissolved oxygen on the nitrification kinetics in a circulating bed biofilm reactor. Bioprocess Eng, 19:441-9.

Oliveira Netto, A.P., Zaiat, M. (2012). Treatment of Domestic Sewage in an Anaerobic-Aerobic Fixed-bed Reactor with Recirculation of the Liquid Phase. Clean Soil Air Water, 40 (9), 965-971.

Pantoja Filho, J. L. R. (2011). Remoção de material orgânica carbonácea e nitrogênio em reator aeróbio-anóxico de leito fixo (RAALF) aplicado ao pós-tratamento de efluente de reator anaeróbio. [Tese Doutorado em Engenharia, Universidade de São Paulo]. Repositório USP. https://repositorio.usp.br/item/002257241

Peña, M. R., MARA, D. D., Avella, G. P. (2006). Dispersion and treatment performance analysis of an UASB reactor under different hydraulic loading rates. Water Research, 50 (3), 445-452.

Persson, J., Somes, N.L. G., Wong, T. H. F. (1999). Hydraulics e sciency of constructed wetlands and ponds. Water Science and Technology, 40. 291–300.

Pontes, A. F. V. (2009). Avaliação de desempenho de reator anaeróbio-aeróbio com recirculação da fase líquida no tratamento de água residuária proveniente de abatedouro de aves. [Dissertação Mestrado em Engenharia Hidráulica e Saneamento, Universidade de São Paulo]. Repositório USP. https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-13082009-132238/pt-br.php

Rebah, F.B., Kantardjieff, A., Yezza, A., Jones, P. J. (2010). Performance of two combined anaerobic–aerobic biofilters packed with clay or plastic media for the treatment of highly concentrated effluent. Desalination, 141-6.

Ripley, L. E., Boyle, W. C., Converse, J. C. (1986). Improved alkalimetric monitoring for anaerobic digestion of high-strength wastes. Journal Water Pollution Control Federation, New York, 58 (5), 406-411.

Méndez-Romero, D. C., López-López, A.; Vallejo-Rodríguez, R., Léon-Becerril, E. (2011). Hydrodynamic and kinetic assessment of an anaerobic fixed-bed reactor for slaughterhouse wastewater treatment. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 50 (3), 273-280.

Sarathai, Y., Koottatep, T., Morel, A. (2010). Hydraulic characteristics of an anaerobic baffled reactor as onside wastewater treatment system. Journal of Environmental Sciences, 22, 1319-1326.

Surampalli, R. Y., Tyagi, R., Scheible, O. K., Heidman, J. A. (1997). Nitrification, denitrification and phosphorus removal in sequential batch reactors. Bioresource Technology, 61 (2), 151-157.

Torres, P. (1992). Desempenho de um reator anaeróbio de manta de lodo (UASB) de bancada no tratamento de substrato sintético simulando esgotos sanitários. [Dissertação Mestrado em Engenharia Hidráulica e Saneamento, Universidade de São Paulo]. Repositório USP. https://repositorio.usp.br/item/000735964

Weber, M. I. (2006). Avaliação de um reator anaeróbio de leito fluidizado para o tratamento de resíduos líquidos da indústria de refrigerantes. [Dissertação Mestrado em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental, Universidade Federal do Paraná]. Acervo Digital da UFPR. https://acervodigital.ufpr.br/handle/1884/10362

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2025-05-21

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Vol. 47 No. esp. 2 (2025): Inovações e Soluções Sustentáveis em Engenharia Ambiental

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