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Winery wastewater characterisation, monitoring and treatment evaluation using an air micro-bubble bioreactor

by Oliveira, Maria Margarida da Costa Ferreira Correia de
Authors: Duarte, Elizabeth da Costa Neves Fernandes de Almeida--Orientadora | Universidade de Lisboa--Instituto Superior Agronomia--2013 Published by : ISA (Lisboa) Physical details: xx, 213p. Il. 30cm. Subject(s): Engenharia do Ambiente --Doutoramento --Portugal | Águas residuais vnícolas | Biorreator aeróbio de microbolhas | Carência química de oxigénio | Eficiência de tratamento | Polifenóis | Portugal Year: 2013
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Tese Tese Reitoria - SDP
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TD043 ISA EAmb1 2013 (Browse shelf) 1 Sem empréstimo
CD-ROM CD-ROM Reitoria - SDP
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Tese de doutoramento.

Bibliografia: pp. 10-12; 47-61;78-81; 95-97;117-120:134-136;153-155;172-176;196-205.

Resumo: Os sistemas de tratamento aeróbio de águas residuais vinícolas são de uso comum, devido à sua eficiência, simplicidade e versatilidade. No entanto, alguns desses sistemas evidenciam um consumo de energia elevado, geram grande volume de lamas, têm custos de implantação elevados e não estão ainda otimizados. O presente estudo visa a conceção e otimização de um biorreator vertical aeróbio de microbolhas (AMBB), à escala piloto, destinado ao tratamento de águas residuais vinícolas. O desempenho do AMBB foi estudado e ajustado em diferentes condições operacionais (regime de alimentação, arejamento e carga orgânica), com base em variáveis de resposta, designadamente carência química de oxigénio (CQO), polifenóis e biomassa produzida, com vista à reutilização da água, diminuição da produção de lamas e do consumo energético e à recuperação de subprodutos vinícolas. Nos ensaios em descontínuo, a remoção de CQO foi de 98-99%, após 15 dias de tratamento, enquanto em regime contínuo essa remoção foi de 93-96%, para uma taxa de arejamento de 20 min h-1 e diferentes taxas de carga orgânica aplicadas. No período da segunda trasfega, a redução da taxa de arejamento (5 min h-1) não alterou significativamente a remoção de CQO, permitindo reduzir o consumo energético e os custos de funcionamento. Apesar da remoção de polifenóis ter sido menos eficiente, estes compostos foram recuperados por sedimentação e ultrafiltração. A biodegradabilidade das águas residuais produzidas em cada fase do processo de vinificação, incluindo um fluxo pouco estudado proveniente de eletrodiálise, foi avaliada através de características físico-químicas, métodos respirométricos e parâmetros cinéticos, para prever o seu comportamento quando descarregadas no sistema de tratamento. No seu conjunto, os resultados revelaram que o AMBB é uma alternativa economicamente viável aos tratamentos convencionais.

Abstract: Aerobic treatment systems are commonly employed in winery wastewater treatment, because of their high efficacy, ease of use and versatility. However, a number of these systems are high energy intensive, have high establishment costs, generate large volumes of sludge, and are not yet optimised. This thesis addresses the design and optimisation of a vertical air micro-bubble bioreactor (AMBB), at pilot scale, for the treatment of winery wastewater. Critical operating parameters were adjusted to allow water reuse, the decrease in sludge production and energy requirements, as well as the recovery of winery by-products. To evaluate the AMBB efficiency, several operational parameters were studied (feeding regime, aeration time rate and organic loading rate), based on different response variables, such as chemical oxygen demand (COD), polyphenolic compounds and biomass production. In batch experiments, the COD removal was 98-99%, after 15 days of treatment, while under continuous conditions the AMBB yielded a COD removal of 93-96% for an aeration time rate (ATR) of 20 min h-1 and different organic loading rates applied. For wastewater generated during the second racking period, a shorter ATR (5 min h-1) did not significantly affect the COD removal, thus reducing both energy demand and operating costs. Although removal of polyphenols was less effective, these compounds were effectively recovered by ultrafiltration and sedimentation operations. The biodegradability of wastewater produced during each phase of the winemaking process, including poorly studied streams (electrodialysis wastewater), was evaluated by physicochemical characteristics, respirometric methods and kinetic parameters to predict their behaviour when discharged into the treatment system. Overall, the results showed that the AMBB is an economically feasible alternative to conventional treatments.

Referência bibliográfica: Oliveira, Maria Margarida da Costa Ferreira Correia de - Winery wastewater characterisation, monitoring and treatment evaluation using an air micro-bubble bioreactor.Lisboa:Universidade de Lisboa,Instituto Superior Agronomia.2013.Tese de doutoramento.

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