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Optimization of the air micro-bubble bioreactor for the winery wastewater treatment under oxygen-limited conditions

by Silva, Henrique Joaquim Lopes da Silva e
Authors: Duarte, Elizabeth da Costa Neves Fernandes de Almeida--orientadora | Universidade Técnica de Lisboa--Instituto Superior de Agronomia--2012 Published by : ISA (Lisboa) Physical details: x, 37 p. il. 30 cm Subject(s): Engenharia do Ambiente --Mestrado --Portugal | Tecnologias ambientais | Taxa de tempo de arejamento | Air Micro-Bubble Bioreactor | Eficiência de remoção de CQO | Eficiência de remoção de polifenóis | Águas residuais vinícolas Year: 2012
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Tese Tese Reitoria - SDP
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Dissertações de mestrado ULisboa TM043 ISA EAm17 2012 (Browse shelf) 1 Sem empréstimo
CD-ROM CD-ROM Reitoria - SDP
SDP-Teses
Dissertações de mestrado ULisboa TM043 ISA EAm17/A 2012 (Browse shelf) 2 Sem empréstimo

Tese de Mestrado em Engenharia do Ambiente

Bibliografia: 32-37 pp.

Resumo - O consumo energético decorrente dos processos de tratamento de águas residuais, tornou-se um parâmetro importante para projetistas e engenheiros na indústria de tratamento de águas residuais, e os esforços para melhorar a eficiência energética dos equipamentos representam um grande desafio para os profissionais que actuam neste sector de actividade. O objetivo do presente trabalho é a avaliação do desempenho do reator Air Micro-Bubble Bioreactor (AMBB), com um volume útil de 14 dm3 e um tempo de retenção hidráulico de 14 dias, operando em modo contínuo para o tratamento de águas residuais vinícola, provenientes do período segunda trasfega, durante sete ciclos diferentes, e durante 167 dias. As flutuações de carga orgânica, habituais no sector vinícola, e a taxa de arejamento do reator, ambos relacionados com os custos de energia, foram as variáveis estudadas. O desempenho reator AMBB foi avaliado através da monitorização da carência química de oxigénio (CQO). Os polifenóis totais também foram monitorizados. O efeito da carga orgânica de alimentação foi analisado, efetuando-se um ajuste na concentração de entrada do substrato entre 0,16-0,44 kg CQO m-3 d-1. A taxa de arejamento do reator variou entre 1, 5 e 15 min h-1. A duração de cada ciclo, foi o tempo necessário até se atingir o estado estacionário no que diz respeito à concentração de CQO. Todos os ciclos mostraram uma resposta positiva para a remoção de CQO, com uma eficiência mínima de 70%. Além disso, a eficiência de remoção de CQO não mostrou ser dependente da concentração de entrada do substrato aplicada, e a diminuição da taxa de arejamento para 5 min h-1, foi acompanhada por uma redução de aproximadamente três vezes no consumo de energia, sem alteração relevante sobre a eficiência de remoção de CQO final (93 - 96%). No entanto, a remoção de compostos polifenóis foi muito afectada pela diminuição da taxa de arejamento de 15 para 1 min h-1, levando a uma diminuição da eficiência total da remoção de polifenóis de 94% para 4%.
No presente estudo, relata-se pela primeira vez o desempenho do reator AMBB em condições limite de oxigénio, dando ênfase à questão da eficiência energética. Os polifenóis como um indicador de desempenho, os custos de energia associados ao tratamento do efluente, e a eficiência da remoção de CQO alcançada em escala piloto, mostram a viabilidade técnica do processo, contribuindo para uma solução sustentável para este importante sector de actividade.

Abstract - The energy consumption of wastewater treatment processes had become an important tool parameter for designers and engineers in the wastewater treatment industry, and efforts to improve the energy efficiency of the equipments represent a great challenge. The present study proposes the use of the Air Micro-Bubble Bioreactor (AMBB), with a working volume of 14 dm3 and a hydraulic retention time of 14 days, operating in continuous mode to treat winery wastewater from second racking period, for seven different runs, during 167 days.
The organic loads fluctuations, usual in the winemaking industry, and the aeration time rate (ATR), both related to energy costs, were the studied variables. The chemical oxygen demand (COD) was selected as a key parameter to monitor the AMBB performance. The total polyphenol compounds were also followed. The effect of the organic loading rate OLR was assessed by adjusting feed substrate concentration between 0.16-0.44 kg COD m-3 d-1. The ATR varied between 1, 5 and 15 min h-1. Each run was operated until steady state was reached with respect to COD concentration. All runs showed a positive answer for COD removal, having a minimum efficiency of 70%. Also the COD removal efficiency showed to be not dependent on the applied OLR and the decrease in the ATR to 5 min h-1 was accompanied by a nearly three-fold reduction in energy consumption without relevant changing on the final COD removal efficiency (93-96%). However, the total polyphenol compounds removal was highly affected by decreasing the ATR from 15 to 1 min h-1, leading to a decrease in the total polyphenols removal efficiency from 94% to 4%.
In the present study, we report for the first time the impact of oxygen-limited conditions in the AMBB performance with emphasis on the efficiency energy use. The polyphenols as a performance indicator, the energy costs of treated wastewater and COD removal efficiency achieved in pilot scale show the technical feasibility of the process, giving a sustainable solution for this important sector of activity.

Referência Bibliográfica: SILVA, Henrique Joaquim Lopes da Silva e - Optimization of the air micro-bubble bioreactor for the winery wastewater treatment under oxygen-limited conditions. / Lisboa: Universidade Técnica de Lisboa, Instituto Superior de Agronomia, 2012. Tese de Mestrado

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