Mestrado em Ciência e Engenharia Ambiental

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Acesso aberto (Open Access)
Avaliação das atividades desnitrificantes em sedimentos do reservatório do Retiro Baixo, após o rompimento da barragem em Brumadinho – MG
(Universidade Federal de Alfenas, 2023-02-24) Silva, Tayná Cristina Tesch Da; Moura, Rafael Brito De; Moura, Rafael Brito De; Vieira, Bárbara Franco; Brucha, Gunther
A mina córrego do feijão, situada em Brumadinho-MG, foi construída para retenção de rejeitos oriundos do tratamento do minério de ferro. O rompimento da barragem I, ocasionado no dia 25 de janeiro de 2019, pode ter provocado a contaminação de grande parte do rio Paraopeba. Desde então, tem-se monitorado parâmetros físicos, químicos e biológicos, indicadores de qualidade da água no reservatório do retiro baixo. Alguns microrganismos são sensíveis a alterações de determinados parâmetros no ambiente, podendo ser empregados como bioindicadores no monitoramento deste. As bactérias desnitrificantes são microrganismos anaeróbios que utilizam o nitrogênio em forma de nitrato (NO3 - ) como aceptor de elétrons no seu ciclo respiratório, produzindo nitrito (NO2 - ), que em seguida é convertido em nitrogênio gasoso (N2), constituindo o processo de desnitrificação, parte do ciclo do nitrogênio. Este trabalho avaliou a atividade desnitrificante ao longo do tempo no reservatório do Retiro Baixo, localizado em Pompeu – MG, a cerca de 250km de Brumadinho. Durante os ensaios de desnitrificação foram analisadas as concentrações de nitrato, nitrito e sólidos suspensos, totais, fixos e voláteis para cada campanha de coleta. Constatou-se que houve uma diminuição na velocidade de desnitrificação dos inóculos obtidos no sedimento de fundo do Reservatório do Retiro Baixo, ao longo das sete campanhas analisadas. Sólidos de origem inorgânica, principalmente nas campanhas 3, 6 e 7, apresentaram maior influência nos resultados aferidos. Houve também influência das concentrações de nitrato e fosfato, medidos em água profunda, e do potencial de oxirredução mensurado na água de fundo. Ainda, há a possibilidade de que o aumento da concentração de mercúrio observada na campanha 7 pode ter influenciado na inibição da comunidade desnitrificante no inóculo desta campanha.
Acesso aberto (Open Access)
Efeito da vazão de ar e dos ciclos de aeração intermitente na remoção simultânea de carbono e nitrogênio em um reator de leito estruturado
(Universidade Federal de Alfenas, 2019-02-25) Oliveira, Eduardo Paniguel; Moura, Rafael Brito De; Okada, Dagoberto Yukio; Souza, Theo Syrto Octávio De
Entre as novas configurações de sistemas que realizam a remoção de matéria orgânica e nitrogênio simultaneamente, tem-se o reator de leito estruturado com recirculação e aeração intermitente (SBRRIA). O SBRRIA se mostra promissor, com elevadas remoções de matéria orgânica e nitrogênio, além de baixa produção de lodo. Entretanto, parâmetros operacionais como razão de recirculação, tempo de aeração e vazão de ar, ainda não estão completamente estabelecidos. Com isso, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito desses três parâmetros na eficiência de remoção de matéria orgânica e nitrogênio em um SBRRIA. Foram realizados experimentos hidrodinâmicos para este reator utilizando sal como traçador e variou-se a razão de recirculação, vazão de ar e tempo de aeração. Observou-se que o reator se comporta de forma pistonada quando não aerado e de forma mistura completa quando aerado, independente da vazão de ar e razão de recirculação. Desta forma, iniciou-se a operação do reator sem a recirculação interna, uma vez que este parâmetro não foi necessário para garantir a mistura no reator. O afluente sintético aplicado ao reator simulou as características de esgoto sanitário. O reator foi operado durante 280 dias com TDH próximo a 10 horas e em uma câmara com temperatura controlada em 30ºC. Foram realizados 11 ensaios, variando-se o tempo de aeração e a vazão de ar. Observou-se remoção de DQO acima de 81% para os 11 ensaios e a remoção de nitrogênio total apresentou valores entre 10 a 80%, obtendo-se as maiores eficiências com tempo de aeração de 1h45min e vazão de ar igual a 4,5L.min-1. Observou-se diferentes comportamentos da nitrificação e desnitrificação, obtendo valores acima de 90% de nitrificação quando o reator foi submetido aos maiores tempos de aeração e valores de desnitrificação acima de 90% quando o reator foi submetido a baixos tempo de aeração. Por fim, o sistema se mostra eficiente, e as variáveis estudadas influenciam significativamente na eficiência do SBRRIA.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo da viabilidade econômica para produção de biogás gerado nas estações de tratamento de esgoto no município de Poços de Caldas
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-12-20) Reis, João Marcos Dos; Moura, Rafael Brito De; Lima, Daniel Moureira Fontes; Sancinetti, Giselle Patrícia
Nos últimos anos tem-se observado uma preocupação crescente da população mundial em relação à busca por alternativas sustentáveis de desenvolvimento. Nesse contexto, o tratamento e reutilização de efluentes tem ganhado destaque nas pesquisas científicas, visando a redução de impactos ambientais, soluções associadas à escassez de recursos hídricos e produção de energia (biogás) como alternativa aos combustíveis fósseis. O objetivo do trabalho foi avaliar o potencial de produção de metano e geração de energia no tratamento de esgoto do município de Poços de Caldas (MG), comparando os indicadores econômicos do custo de implantação de uma usina de geração de energia nesses estabelecimentos. Para a realização do estudo foram selecionadas 3 ETEs Estação de tratamento de esgoto (Córrego D’Antas, Contorno e Bortolan). As ETEs Córrego D’antas e Contorno possuem reator UASB, ao passo que a Bortolan é composta por um sistema compacto, onde no mesmo reator ocorrem o tratamento das partes aeróbias e anaeróbias. As amostras do afluente e do efluente foram caracterizadas nos laboratórios do DMAE (ETE 1) e Qualin Serviços LTDA (ETE 2 e 3). Os parâmetros avaliados, através do software probio 1.0, foram a produção de biogás e seu potencial energético, análise técnica-econômica dos custos de implantação de uma usina de geração de energia, custos de investimento e operação, análise energética e a viabilidade econômica. O software probio 1.0 considera todas as rotas possíveis de conversão da DQO e suas perdas, estimando cenários conservadores, otimistas e típicos. Foi observado que a ETE 1 (Córrego D’Antas) possui uma vazão e carga de DQO superior as demais. Todas as ETEs apresentaram proporções acima de 60 % de CH4 no biogás. No entanto, a ETE 3 (Bortolan), não apresentou a quantidade mínima de produção de biogás para que seja possível a instalação de uma usina de geração de energia. Em relação aos custos de investimento, a ETE 1 apresenta um custo total anual de R$70.467,96, ao passo que a ETE 2 tem um valor de R$31.967,38. A análise energética demonstrou que a ETE 1 tem a capacidade de produção mensal superior a ETE 2, com valores de 165.000 kWh/mês e 14.625 kWh/mês, respectivamente. Em relação ao tempo de retorno de investimento (Payback), a ETE 1 demanda 25 meses ao passo que a ETE 2 precisaria de 221 meses. Conclui-se então que, apenas a ETE 1 apresenta viabilidade para instalação de usina de energia a partir do biogás gerado pelo tratamento de esgoto, considerando a sua capacidade de produção energética e o tempo de retorno de investimento.
Acesso aberto (Open Access)
Remoção de nitrogênio e matéria orgânica em um reator de leito estruturado em escala piloto, submetido à aeração intermitente, no tratamento de esgoto sanitário
(Universidade Federal de Alfenas, 2023-03-31) Barbosa, Talita Aleixo; Moura, Rafael Brito De; Barana, Ana Claudia; Damianovic, Márcia Helena Rissato Zamariolli
O presente trabalho teve como objetivo avaliar a remoção de matéria orgânica e nitrogenada, simultaneamente, do esgoto sanitário doméstico, em um Reator de Leito Estruturado e Aeração Intermitente (Structured bed reactor with intermitentted aeration - SBRIA), em escala piloto, instalado na ETE-Bortolan, em Poços de Caldas - MG. O SBRIA, operado com um tempo de detenção hidráulica (TDH) de 10 horas, possui formato cilíndrico, com diâmetro interno de 1,8 m e altura total de 5,1 m (altura útil de 4,9 m). O volume total do reator é de 12,3 m³ e o volume útil é de 8,4 m³, gerando uma porosidade do leito de 66%. Apesar da característica predominantemente doméstica, as concentrações de entrada dos compostos nitrogenados oxidados, principalmente do nitrato (N-N, indicaram presença de efluente industrial, o que provavelmente resultou no aumento de sólidos na saída do reator e, consequentemente, na necessidade de simular uma unidade de decantação para alcançar melhores eficiências. A eficiência média de remoção da DQO sem sedimentação foi de 56 ± 31% e de 77 ± 10% com a sedimentação. O nitrogênio total (NT), por sua vez, teve a eficiência de remoção média de 54 ± 29%, com a baixa eficiência de remoção de nitrogênio total Kjeldahl (NTK), influenciada principalmente pela parcela de nitrogênio orgânico (N-org), como principal limitante. Utilizando os dados de N-org com simulação de uma unidade de decantação, a eficiência de remoção de NT aumentou para 74 ± 11%. Observa-se que, para as eficiências de remoção sem sedimentação, o desvio padrão indica a alta instabilidade ocasionada pelos sólidos. Mesmo com a instabilidade momentânea gerada possivelmente pela presença de compostos tóxicos para os microrganismos, o sistema apresentou resiliência e foi capaz de se recuperar, apresentando posteriormente altas eficiências de remoção e indicando mais uma vantagem do SBRIA. Quanto as vantagens já conhecidas, foi possível confirmar a possibilidade de nitrificação e desnitrificação simultânea (NDS) por meio da aeração intermitente em escala piloto, reduzindo gastos com oxigenação, além da dispensabilidade de adição de substância alcalinizante. Por outro lado, visto a composição do efluente, não foi possível dispensar o uso de uma unidade de clarificação. Apesar disso, comparando com outros tratamentos, como o lodo ativado convencional, a quantidade de sólidos no efluente é bem reduzida, permitindo a economia com a diminuição da dimensão da unidade de clarificação.
Acesso aberto (Open Access)
Remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio em um reator de leito estruturado submetido à aeração intermitente: efeito do diâmetro do material suporte e da porosidade do meio
(Universidade Federal de Alfenas, 2020-02-14) Souza, João Vitor Rodrigues De; Moura, Rafael Brito De; Santos, Carla Eloísa Diniz Dos; Souza, Theo Syrto Octávio
O presente trabalho determinou o efeito do nível de água e da vazão de ar na transferência de oxigênio em um reator. Tal caracterização foi feita através da estimativa dos parâmetros de coeficiente de transferência de oxigênio (KLa), a capacidade padrão de transferência de oxigênio (SOTR) e a eficiência padrão de transferência de oxigênio (SOTE). Foi utilizado um delineamento experimental das faces centradas (DFC). Neste delineamento, foram realizados um total de 11 ensaios, variando a vazão de ar (2, 4 e 6 L/min) e o nível de água no reator (20, 40 e 60cm). Os resultados indicaram que houve um efeito significativo das varáveis na concentração de OD no sistema, tendo o sistema atingindo sua melhor performasse quando operado com uma vazão de ar de 5L/min e nível de água no reator de 40cm. Contudo, através do teste de regressão e de falta de ajuste F, foi possível concluir que os modelos foram significativos não preditivos, necessitando que que novos estudos abordando outra faixa de operação seja realizado, para que tais conclusões obtidas possam ser utilizadas para futuras projeções. Este estudo também avaliou o desempenho de um reator de leito estruturado sujeito a aeração intermitente (SBRIA) na remoção simultânea de carga orgânica (DQO) e nitrogênio total (NT) de um efluente sintético. O reator foi operado sob tempo de detenção hidráulico (TDH) de 10h, vazão de ar de 4,0L/min e ciclos de aeração e não aeração de 2h/1h. Um delineamento experimental do tipo delineamento composto central (DCC) foi utilizado para definir as condições de diâmetro do material suporte e a porosidade do meio(fatores) a serem estudados. Oito condições operacionais, correspondente a variação do diâmetro do material suporte (1, 2 e 3cm) e porosidade do meio (60, 70 e 80%), foram testadas. A metodologia da superfície de resposta foi utilizada para analisar a influência dos fatores acima sob a eficiência de remoção de NT e DQO. Observou-se que os fatores não apresentaram efeito significativo para os resultados e de eficiência de remoção de DQO e de nitrificação, com nível de confiança de 95%, obtendo-se valores, respectivamente, superiores a 80% e 90% em todas as condições testadas. Os melhores resultados de eficiência de desnitrificação e de remoção de NT foram obtidos quando o sistema foi operado com diâmetro de material suporte igual a 3cm e porosidade de 60%. A superfície de resposta demonstrou que o efeito do aumento do diâmetro do material suporte atrelado a redução da porosidade foi positivo sob a eficiência de desnitrificação, favorecendo a existência de uma zona anóxica no interior da espuma e, por consequência, gerando um efluente com baixas concentrações de NO3-.

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