Hydrodynamic behavior of a lab-scale upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB) operated with an adopted hydraulic retention time (HRT) of 12 hours

Abstract

The present research was carried out in the Laboratory of Water Analysis at the Engineering Department at Federal University of Lavras (LWAED-UFLA), in order to evaluate the hydrodynamic behavior of a lab-scale upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB) that was continuously fed with liquid effluent from swine manure with solid separation over 2mm. The hydrodynamic parameters were determined by a tracer study, under hydraulic retention time (HRT) of 12 hours, using Lithium Chloride (LiCl) as a tracer. The system was monitored periodically through physical analysis of samples collected at UASB, during the steady-state operational conditions. The physical-chemical analyses were accomplished using a flame photometry. The operational average temperature in the UASB reactor was 23.9°C .The UASB hydrodynamic parameters determined were: average residence time ( t ) of 38.3 h, number of dispersion d= 0.27, and the flow type was characterized as dispersed flow of great intensity. This research is of great importance due to the fact that the scaling-up of biological reactors is based on the hydrodynamic behavior, through which the bacterial kinetic is directly influenced, as reported by Saleh (2004).Index terms: Hydrodynamic, hydraulic retention time, tracer studies, UASB reactor. RESUMOA presente pesquisa foi realizada no Laboratório de Análise de Água do Departamento de Engenharia na Universidade Federal de Lavras (LAADEG-UFLA), para avaliar o comportamento hidrodinâmico de um reator anaeróbio de manta de lodo (UASB), em escala laboratorial, alimentado continuamente com água residuária do confinamento de suínos isenta de sólidos com diâmetro acima de 2 mm. Na avaliação dos parâmetros hidrodinâmicos foi utilizado o cloreto de lítio (LiCl) como traçador, sob tempo de detenção hidráulica (TDH) de 12 horas. O monitoramento foi realizado, quando o reator UASB apresentava condições permanentes "steadystate". As análises físico-químicas foram realizadas em fotômetro de chama, de amostras retiradas na saída da unidade de tratamento, em intervalos constantes de tempo. A temperatura média operacional do reator UASB foi de 23,9ºC. Os parâmetros hidrodinâmicos do reator UASB, determinados por meio da avaliação foram: tempo médio de residência = 38,3 h, número de dispersão d= 0,27 e tipo de fluxo, o qual foi caracterizado como disperso de grande intensidade. A pesquisa se reveste de importância, uma vez que o escalonamento "scale-up" de reatores biológicos, se baseia diretamente nos comportamentos hidrodinâmicos do mesmo, em função da elevada influência que os referidos comportamentos possuem sobre a cinética bacteriana, conforme relatado por Saleh (2004).Termos para indexação: Hidrodinâmica, tempo de detenção hidráulica, traçador, reator UASB.

<b>Effect of hydraulic retention time on hydrodynamic behavior of anaerobic-aerobic fixed bed reactor treating cattle slaughterhouse effluent

“…Long tailing phenomenon was also verified by Bernardez, Lima, and Almeida (2008) operating a cylindrical reactor filled with glass pearls; Capela et al (2009) treating effluents of gas condenser without immobilized biomass; Lourenço and Campos (2009) evaluating a UASB reactor fed with wastewater of swine confinement; Méndez-Romero et al (2011) operating an upflow anaerobic fixed bed reactor, immobilized with volcanic stones; Ji, Zheng, Xing, and Zheng (2012) investigating a compartmentalized reactor in hydrodynamic assays using hydrochloric acid, lithium, lithium chloride and rhodamine B as tracers, respectively. Different response curves for the different tracers used are noticed in Figure 2, even with the reactor operated in similar operational conditions.…”

Hydrodynamic behavior of a combined anaerobic-aerobic system employed in the treatment of vinasse

“…This selection was made because it is a highly water-soluble salt, shows good diffusibility and can be detected in low concentrations; it is rare in nature and widely used for this purpose. Some authors have used the lithium chloride tracer in response to stimulus tests for determining the distribution curves of hydraulic residence time of bioreactors in wastewater treatment (Peña;Mara;Vella, 2006;Lourenço;Campos, 2009;Sarathai;Koottatep;Morel, 2010;Rincón;Galindo;Pérez, 2011;Zheng et al, 2012).…”

Estudos hidrodinâmicos do escoamento em caixa de gordura empregada no tratamento preliminar dos efluentes de cozinha industrial

“…Nesse contexto, nas CGs convencionais, a remoção de O&G ocorre por processos de flotação gravitacional, porém os processos por flotação forçada (auxiliada por ar difuso) vêm ganhando fundamental importância (PALMEIRA et al, 2009) (LEVENSPIEL, 2000;CAPELA et al, 2009;LOURENÇO & CAMPOS, 2009).…”

“…A avaliação da curva DTR gerada pela concentração de saída em função do tempo monitorado permite simular ou predeterminar resultados por meio de modelos de escoamento ideal do fluido (pistonado e mistura completa), pois configuram uma ampla faixa, dentro da qual as unidades reais se enquadram (CAPELA et al, 2009;LOURENÇO & CAMPOS, 2009). Porém, na prática, o escoamento segue modelos que consideram a dispersão das partículas do fluido, ou seja, modelos intermediários entre os dois extremos citados, como os modelos de dispersão e o modelo de células agitadas em série (PAOLI & VON SPERLING, 2013).…”