Edgar José do Rosário Inácio Faria
Título
AVALIAÇÃO DO EFEITO DA TEMPERATURA NO DESEMPENHO DE SISTEMAS BIOLÓGICOS COM BIOMASSA IMOBILIZADA E GRANULAR
Resumo
Nesse trabalho, avaliou-se o efeito do aumento e diminuição da temperatura nas conversões de matéria orgânica e nutrientes de um esgoto simulado num sistema MBBR de dois estágios (R1 e R2) e em um reator em batelada sequencial (RBS) de lodo granular aeróbio (LGA). Os experimentos com cada processo de tratamento foram conduzidos por aproximadamente 200 dias. No sistema MBBR, foram também realizados testes cinéticos de remoção de DQO e amônia para avaliar máxima atividade heterotrófica e autotrófica.
Observou-se que a remoção de DQO nesse sistema não foi afetada pela variação da temperatura, apesar dos resultados dos testes cinéticos terem apresentado uma redução mais rápida desse parâmetro em temperaturas maiores, observada durante os primeiros 30 min do teste. As temperaturas extremas (<12◦C e >41ºC) impactaram a nitrificação, levando a eficiências de remoção de amônia de aproximadamente 40%. A taxa específica de remoção de amônio na temperatura de 39ºC (2,2 mgN-NH4+. gSSV-1) foi quatro vezes maior em relação àquela obtida a 7ºC para o R1 e R2. No sistema RBS, com 3 h de ciclo, foi avaliado o desempenho do processo de LGA na remoção combinada de matéria orgânica e nutrientes (nitrogênio e fósforo).
Concluiu-se que a remoção de DQO e nitrogênio não foi afetada pela variação da temperatura, alcançando o valor médio de 90 e 60%, respectivamente. As temperaturas ótimas para a remoção de amônio variaram entre 8 a 42◦C, sendo a eficiência média de 71,6 %. Para a remoção de fosfato, as temperaturas nas quais obteve-se melhor desempenho corresponderam ao intervalo de 24 a 40◦C, para o qual a eficiência média foi de 92%. A taxa específica de remoção de nitrogênio amoniacal e fosfato atingiu um valor máximo na temperatura de 30°C, correspondendo a 1,83 mgN-NH4+. gSSV-1 e 0,55 mgP-PO4-3. g SSV-1, respectivamente. Os resultados obtidos nas faixas de 7 a 9 °C e acima de 40 °C ampliam significativamente o conhecimento sobre a resiliência térmica de sistemas com biofilme.
Abstract
This study investigated the effects of temperature variation - both increases and decreases - on the conversion of organic matter and nutrients in simulated wastewater, using two biological treatment systems: a two-stage Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) system (R1 and R2) and a Sequencing Batch Reactor (SBR) employing aerobic granular sludge (AGS).
Each treatment process was operated for approximately 200 days. In the MBBR system, kinetic tests for chemical oxygen demand (COD) and ammonia removal were also conducted to assess maximum heterotrophic and autotrophic activity. COD removal in this system was not significantly affected by temperature variation; however, kinetic results indicated faster COD reduction at higher temperatures, particularly during the first 30 minutes of the test. Extreme temperatures (<12°C and >41°C) negatively impacted nitrification, resulting in ammonia removal efficiencies of approximately 40%. At 39°C, the specific ammonium removal rate (2.2 mgN–NH₄⁺·gVSS⁻¹) was four times higher than that observed at 7°C in both R1 and R2. In the SBR system, operated with 3-hour cycles, the performance of the AGS process was evaluated for simultaneous removal of organic matter and nutrients (nitrogen and phosphorus). COD and nitrogen removal efficiencies were not influenced by temperature variation, maintaining average values of 90% and 60%, respectively. Optimal temperatures for ammonium removal ranged from 8°C to 42°C, with an average efficiency of 71.6%. For phosphate removal, the best performance was observed within the temperature range of 24°C to 40°C, achieving an average efficiency of 92%. The maximum specific removal rates for ammoniacal nitrogen and phosphate occurred at 30°C, reaching 1.83 mgN–NH₄⁺·gVSS⁻¹ and 0.55 mgP–PO₄³⁻·gVSS⁻¹, respectively. The results obtained at 7–9 °C and above 40 °C substantially enhance the scientific understanding of the thermal resilience of biofilm-based treatment systems.
