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Title: Parametrização de daos fundamentais em lagoas de polimento operadas em regime de bateladas sequenciais visando a remoção de nutrientes.
Other Titles: Parameterization of fundamental data in polishing ponds operated in sequential batch regime aiming at nutrient removal.
Parametrización de datos fundamentales en estanques de depuración operados en régimen discontinuo secuencial con el objetivo de remoción de nutrientes.
???metadata.dc.creator???: MORAIS, Carlos Eduardo Pereira de.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: VAN HAANDEL, Adrianus Cornelius.
???metadata.dc.contributor.advisor-co1???: SANTOS, Silvânia Lucas dos.
???metadata.dc.contributor.referee1???: COURA, Mônica de Amorim.
???metadata.dc.contributor.referee2???: OLIVEIRA, Andréa Maria Brandão Mendes de.
???metadata.dc.contributor.referee3???: TORRES, Dayana Melo.
???metadata.dc.contributor.referee4???: SILVA FILHO, Heraldo Antunes.
Keywords: Lagoas de polimento em bateladas sequenciais;Remoção de amônia;Remoção de fósforo;Modelagem empírica;Modelo preditivo;Sequential batch polishing ponds;Ammonia removal;Phosphorus removal;Empirical modeling;Predictive model;Estanques de pulido en lote secuencial;Eliminación de amoníaco;Eliminación de fósforo;Modelado empírico;Modelo Predictivo
Issue Date: 19-Jan-2022
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: MORAIS, Carlos Eduardo Pereira de. Parametrização de daos fundamentais em lagoas de polimento operadas em regime de bateladas sequenciais visando a remoção de nutrientes. 2022. 174 fl. (Tese de Doutorado), Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil e Ambiental , Centro de Tecnologia e Recursos Naturais, Universidade Federal de Campina Grande - Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2022. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/29403
???metadata.dc.description.resumo???: Nesta pesquisa foi estudada a utilização de Lagoas de Polimento em Bateladas Sequenciais (LPBS) no pós-tratamento de reator UASB. Investigou-se a variação da profundidade e da temperatura média sobre o desempenho do sistema UASB+LPBS. Foram utilizadas quatro lagoas: L1, L2, L3 e L4, com profundidades de 0,20, 0,40, 0,60 e 1,00 m, respectivamente. E operado nos Períodos Quente (PQ) (entre os meses de setembro e maio) cuja temperatura média foi de 25°C, e Frio (PF) (entre junho e agosto) com temperatura média de 21°C, essas, comuns para a cidade de Campina Grande/PB. O objetivo do trabalho foi determinar e parametrizar dados fundamentais em LPBS analisando a influência de condições operacionais como profundidade e temperatura, de modo a possibilitar o desenvolvimento de modelos preditivos, para facilitar o dimensionamento otimizado desses sistemas tomando como base a remoção de nutrientes. Inicialmente, foi analisada a influência da profundidade e da temperatura média no desempenho do sistema comparando-se os resultados com dados bibliográficos dos sistemas de lagoas de estabilização (SLE), bem como com a utilização de lagoas de polimento de fluxo contínuo (LPFC) no pós-tratamento do UASB. O tratamento anaeróbio eficiente permitiu a elevação do pH nas LPBS, independente do período do ano, sendo que o processo foi favorecido em L1, L2 e L3, com o melhor desempenho durante o PQ, resultando em um menor TDH, assim, demandando uma menor área. Verificou-se que o sistema UASB+LPBS necessita de uma área próxima ao sistema UASB+LPFC no PQ e similar aos SLE no PF. Tendo como vantagem a remoção de nutrientes que nesses sistemas não é elevada. Posteriormente, foram determinadas as constantes de transferência de compostos voláteis, uma vez que, o intercâmbio dos compostos com o ar é importante porque afetam o pH e a disponibilidade de oxigênio dissolvido em LPs. Demonstrou-se que a cinética de transferência dos compostos é regida pela lei de Fick. A partir da obtenção das constantes, seguiu-se para o desenvolvimento de um modelo preditivo de variação do pH e dessorção de amônia em LPBS. Para validar o modelo, foram realizados ensaios nas duas condições de temperatura média e nas quatro lagoas com diferentes profundidades. O modelo foi validado pela boa correspondência entre valores simulados e obtidos experimentalmente em todos os casos. Para o PQ o modelo se sobressaiu, apresentando uma alta correlação linear, com R2 superior a 0,90 para todas as lagoas. Já para o PF o menor R2 obtido foi de 0,74 para as quatro lagoas. Assim, o modelo proposto é adequado para descrever a variação de pH e a dessorção de amônia em LPBS. Portanto, pode-se determinar o pH mínimo desejado para a dessorção de amônia e, dessa forma, obter com boa precisão o TDH necessário para que se atinja esse pH. Quanto ao fósforo, foi desenvolvido um modelo empírico baseado no equilíbrio termodinâmico. Verificou-se que é possível obter uma concentração (<1,0 mgP.L-1) quando o pH na lagoa atinge valores próximos a 9,5 independente das condições de temperatura. O modelo empírico desenvolvido permite correlacionar o logaritmo da concentração de fósforo e o pH em LPBS, podendo ser utilizado para calcular o pH esperado e assim ter em boa aproximação a concentração desejada de fósforo. Dessa forma, conclui-se que ao utilizar o sistema UASB+LPBS pode-se obter um efluente com qualidade superior ao dos SLE e UASB+LPFC, especialmente no que se refere a remoção de nutrientes. Por fim, o modelo empírico de remoção de fósforo auxilia na determinação do pH almejado e assim, dimensionar o sistema a partir de tais dados para remoção de fósforo.
Abstract: In this research, the use of Sequential Batch Polishing Ponds (SBPP) was studied in the post-treatment of the UASB reactor. The variation of depth and average temperature on the performance of the UASB+SBPP system was investigated. Four ponds were used: PP1, PP2, PP3 and PP4, with depths of 0.20, 0.40, 0.60 and 1.00 m, respectively. It is operated in the Hot Period (HP) (between September and May) with an average temperature of 25°C, and the Cold Period (CP) (between June and August) with an average temperature of 21°C in city of Campina Grande/PB. The objective of this work was to determine and parameterize fundamental data in SBPP, analyzing the influence of operational conditions such as depth and temperature, in order to enable the development of predictive models, to facilitate the optimized design of these systems based on nutrient removal. Initially, the influence of depth and average temperature on system performance was analyzed, comparing the results with bibliographic data on Stabilization Pond Systems (SPS), as well as with the use of Continuous Flow Polishing Ponds (CFPP) in the UASB post-treatment. The efficient anaerobic treatment allowed the elevation of the pH in the SBPP, regardless of the period of the year, and the process was favored in PP1, PP2 and PP3, with the best performance during the HP, resulting in a lower HTR, thus, demanding a smaller area. It was verified that the UASB+SBPP system needs an area close to the UASB+CFPP system in the HP and similar to the SPS in the CP. Having the advantage of nutrient removal, which in these systems is not high. Subsequently, the transfer constants of volatile compounds were determined since the exchange of compounds with air is important because they affect the pH and the availability of dissolved oxygen in LPs. It has been shown that the transfer kinetics of compounds is governed by Fick's law. After obtaining the constants, we proceeded to develop a predictive model of pH variation and ammonia desorption in SBPP. To validate the model, tests were carried out in the two conditions of average temperature and in the four lakes with different depths. The model was validated by the good correspondence between simulated and experimentally obtained values in all cases. For the HP, the model stood out, presenting a high linear correlation, with R2 greater than 0.90 for all lakes. As for the CP, the smallest R2 obtained was 0.74 for the four lakes. Thus, the proposed model is adequate to describe pH variation and ammonia desorption in SBPP. Therefore, it is possible to determine the desired minimum pH for the desorption of ammonia and, in this way, obtain with good precision the HTR necessary to reach this pH. As for phosphorus, an empirical model based on thermodynamic equilibrium was developed. It was found that it is possible to obtain a concentration (<1.0 mgP.L-1) when the pH in the pond reaches values close to 9.5 regardless of the temperature conditions. The empirical model developed makes it possible to correlate the logarithm of phosphorus concentration and the pH in SBPP, which can be used to calculate the expected pH and thus have a good approximation of the desired concentration of phosphorus. Thus, it is concluded that when using the UASB+SBPP system, it is possible to obtain an effluent with superior quality than that of the SPS and UASB+CFPP, especially with regard to the removal of nutrients. Finally, the empirical model of phosphorus removal helps to determine the desired pH and thus dimension the system based on such data for phosphorus removal.
???metadata.dc.description.resumen???: En esta investigación se estudió el uso de Batch Polishing Ponds (LPBS) en el postratamiento del reactor UASB. Investigamos la variación de profundidad y temperatura promedio sobre el desempeño del sistema UASB+LPBS. Se utilizaron cuatro estanques: L1, L2, L3 y L4, con profundidades de 0,20, 0,40, 0,60 y 1,00 m, respectivamente. Y operado en los Períodos Cálidos (PQ) (entre los meses de septiembre y mayo) con una temperatura media de 25°C, y Fría (PF) (entre junio y agosto) con temperatura media de 21°C, son comunes para la ciudad de Campina Grande/PB. El objetivo de este trabajo fue determinar y parametrizar datos fundamentales en LPBS analizar la influencia de las condiciones de funcionamiento, como la profundidad y la temperatura, para permitir el desarrollo de modelos predictivos, para facilitar la dimensionado optimizado de estos sistemas en base a la eliminación de nutrientes Inicialmente se analizó la influencia de la profundidad y la temperatura rendimiento medio del sistema comparando los resultados con los datos bibliografía de sistemas de estanques de estabilización (SLE), así como con la uso de estanques de pulido de flujo continuo (LPFC) en el post-tratamiento de UASB. El tratamiento anaeróbico eficiente permitió la elevación del pH en el LPBS, independientemente del período del año, y se favoreció el proceso en L1, L2 y L3, con el mejor desempeño durante el PQ, resultando en un menor TDH, por lo tanto, requiere un área más pequeña. Se verificó que el sistema UASB+LPBS necesita un área cercana al sistema UASB+LPFC en el PQ y similar al SLE en el PF. Teniendo como ventaja la remoción de nutrientes que en estos sistemas no es alta. Posteriormente se determinaron las constantes de transferencia de los compuestos volátiles, ya que el intercambio de compuestos con el aire es importante porque afectan el pH y la disponibilidad de oxígeno disuelto en los LP. Se ha demostrado que la La cinética de transferencia de los compuestos se rige por la ley de Fick. De obtener constantes, seguido del desarrollo de un modelo predictivo de variación de pH y desorción de amoníaco en LPBS. Para validar el modelo, llevamos a cabo ensayos en las dos condiciones de temperatura media y en las cuatro lagunas con diferente lo más hondo. El modelo fue validado por la buena correspondencia entre los valores simulados y obtenido experimentalmente en todos los casos. Para el PQ se destacó el modelo, mostrando una alta correlación lineal, con R2 superior a 0,90 para todos los lagos. Ya para PF el R2 más pequeño obtenido fue 0.74 para los cuatro lagos. Entonces, el modelo propuesta es adecuada para describir la variación de pH y la desorción de amoníaco en LPBS. Por lo tanto, se puede determinar el pH mínimo deseado para la desorción de amoníaco. y, de esta manera, obtener con buena precisión la TDH necesaria para alcanzar ese pH. En cuanto al fósforo, se desarrolló un modelo empírico basado en el equilibrio termodinámica. Se encontró que es posible obtener una concentración (<1.0 mgP.L-1) cuando el pH en el estanque alcanza valores cercanos a 9,5 independientemente de las condiciones de temperatura. El modelo empírico desarrollado permite correlacionar el logaritmo de concentración de fósforo y pH en LPBS, que se puede utilizar para calcular el pH esperado y así tener una buena aproximación de la concentración deseada de fósforo. De eso De esta forma se concluye que al utilizar el sistema UASB+LPBS es posible obtener un efluente con calidad superior al SLE y UASB+LPFC, especialmente en lo que se refiere a eliminación de nutrientes. Finalmente, el modelo empírico de remoción de fósforo ayuda a determinación del pH deseado y así dimensionar el sistema a partir de dichos datos para eliminación de fósforo.
Keywords: Lagoas de polimento em bateladas sequenciais
Remoção de amônia
Remoção de fósforo
Modelagem empírica
Modelo preditivo
Sequential batch polishing ponds
Ammonia removal
Phosphorus removal
Empirical modeling
Predictive model
Estanques de pulido en lote secuencial
Eliminación de amoníaco
Eliminación de fósforo
Modelado empírico
Modelo Predictivo
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharias
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/29403
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