Design optimization of a simple single family anaerobic sewage treatment system

Santos, Silvânia Lucas dos; Simões, João Paulo de Oliveira; Paiva, Francisco Vieira; van Haandel, Adrianus

doi:10.1590/S1413-41522018166570

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Engenharia Sanitaria e Ambiental

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Sumário

Artigo Técnico • Eng. Sanit. Ambient. 23 (06) • Nov-Dec 2018 • https://doi.org/10.1590/S1413-41522018166570 copy

Design optimization of a simple single family anaerobic sewage treatment system

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ABSTRACT

The aim of this work is to propose a new configuration UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) for use in single-family treatment, which is smaller and more efficient than the traditional septic tank (TS). The experimental system was designed on a pilot scale, consisting of eight reactors UASB 250 L each. Six of these units are modified, but keep the concept and principles of conventional UASB reactors; they were, however, designed with different geometry, alternating zones of sedimentation and digestion. Compared to these reactors, an UASB reactor-Y and a conventional UASB were operated. All reactors were able to digest raw sewage efficiently in hydraulic retention times (HRT) of 24:06 hours. Organic material removal efficiencies of 67-74% were obtained. Analysis of variance (ANOVA) showed no significant difference between the efficiencies obtained in the different reactors. A high sludge concentration was retained in the digestion zone, thus yielding, high capacity treatment. Sedimentation tests have shown that the constants obtained for the sedimentation sludge reactor are better than those obtained for the sludge which is expelled with the effluent. In contrast, sludge methanogenic activity of the reactor and expelled sludge is not significantly different.

Keywords:
decentralized treatment; single-family system; sludge sedimentation

Ponto*	Reatores
Ponto*	R^0,8 _0,3	R^0,7 _0,3	R^0,6 _0,3	R^0,75 _0,4	R^0,7 _0,4	R^0,65 _0,4	RY	RC
P1	0,20	0,20	0,20	0,10	0,10	0,10	0,20	0,20
P2	0,40	0,40	0,40	0,25	0,25	0,25	0,40	0,40
P3	0,60	0,60	0,60	0,40	0,40	0,40	0,60	0,60
P4	1,0	1,0	1,0	0,64	0,60	0,70	1,0	0,8
P5	1,36	1,4	1,4	-	0,83	0,98	1,4	1,2
P6	1,51	1,8	1,8	-	-	-	1,8	1,6
P7	-	2,14	2,52	-	-	-	-	2,0
P8	-	-	-	-	-	-	-	2,4
A_T	2,15	2,7	3,0	1,15	1,35	1,46	2,82	3,5
D_zd	0,3	0,3	0,3	0,4	0,4	0,4	0,3	0,3
Área¹	0,071	0,071	0,071	0,126	0,126	0,126	0,071	0,071

Parâmetros básicos	Símbolo	R^0,8 _0,3	R^0,7 _0,3	R^0,6 _0,3	R^0,75 _0,4	R^0,7 _0,4	R^0,65 _0,4	Unid.
Vazão máx. a ser tratada	Q	1	1	1	1	1	1	m³.d^-1
Volume	V_tot	0,24	0,24	0,24	0,24	0,24	0,24	m³
TDH	TDH	6	6	6	6	6	6	h
Diâmetro da zona de digestão	D_di	0,30	0,30	0,30	0,40	0,40	0,40	m
Diâmetro da zona de sedimentação	D_de	0,80	0,70	0,60	0,75	0,70	0,65	m
Inclinação	A	45°	45°	45°	45°	45°	45°
Tangente do ângulo	tanα	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Diâmetro do separador	D_s	0,35	0,35	0,35	0,45	0,45	0,45	m
Borda livre	H_b	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	m
Parâmetros derivados	Símbolo	R^0,8 _0,3	R^0,7 _0,3	R^0,6 _0,3	R^0,75 _0,4	R^0,7 _0,4	R^0,65 _0,4	Unid.
Área de digestão	A_di	0,071	0,071	0,071	0,126	0,126	0,126	m²
Área de sedimentação	A_de	0,502	0,385	0,283	0,442	0,385	0,332	m²
Vel. zona de digestão	v_di	0,59	0,59	0,59	0,33	0,33	0,33	m.h^-1
Vel. zona de sedimentação	V_s	0,08	0,11	0,15	0,09	0,11	0,13	m.h^-1
Overlap	O	0,025	0,025	0,025	0,025	0,025	0,025	m
Altura de transição	H_tr	0,250	0,22	0,190	0,160	0,160	0,120	m
Altura do separador	H_se	0,175	0,175	0,175	0,225	0,225	0,225	m
Vol. da zona de sedimentação	V_de	0,058	0,046	0,035	0,072	0,065	0,055	m³
Vol. da zona de transição	V_tr	0,058	0,038	0,024	0,043	0,036	0,026	m³
Vol. da zona de digestão	V_di	0,124	0,144	0,183	0,120	0,142	0,158	m³
Fração zona de digestão	f_di	0,495	0,643	0,760	0,504	0,585	0,658	-
Fração zona de transição	f_tr	0,254	0,165	0,099	0,187	0,146	0,110	-
Fração zona de sedimentação	f_de	0,251	0,192	0,141	0,309	0,269	0,232	-
Altura zona de digestão	H_di	1,70	2,28	2,61	0,65	0,84	0,99	m
Altura total	H_tot	2,15	2,28	3,00	1,15	1,35	1,46	m
Área mínima de decantação	A_mín	0,406	0,288	0,186	0,283	0,226	0,173	m²
Área máxima de decantação	A_máx	0,502	0,385	0,283	0,442	0,385	0,332	m²
Vel. máx. de decantação	v_máx	0,103	0,144	0,223	0,147	0,185	0,241	m.h^-1
Vel. mín. de decantação	v_mín	0,083	0,108	0,147	0,094	0,108	0,126	m.h^-1

Fase	Reatores	R^0,8 _0,3	R^0,7 _0,3	R^0,6 _0,3	R^0,75 _0,4	R^0,7 _0,4	R^0,65 _0,4	RY	RC
Fase	Reatores	S_se	S_se	S_se	S_se	S_se	S_se	S_se	S_se
1	Eficiência (E%)	74	71	67	69	69	70	68	70
1	E. Digestão (ED%)	57	50	31	61	63	61	47	44
2	Eficiência (E%)	70	72	67	70	70	69	-	-
2	E. Digestão (ED%)	52	59	48	45	61	49	-	-

Fases	R^0,8 _0,3		R^0,7 _0,3		R^0,6 _0,3		R^0,75 _0,4		R^0,7 _0,4		R^0,65 _0,4		R_Y	R_C
Fases	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	1
¹Rs (d)	380	111	308	62	129	28	216	77	176	70	136	37	333	208
²Rs (d)	284	87	221	75	96	23	217	59	127	73	107	36	258	182

	AME (gDQO.gX_v.d^-1) - fase 1
	R^0,8 _0,3	R^0,7 _0,3	R^0,6 _0,3	R^0,75 _0,4	R^0,7 _0,4	R^0,65 _0,4	RY	RC
Lodo no reator	0,17	0,14	0,14	0,13	0,13	0,16	0,10	0,11
Lodo expulso	0,13	0,13	0,15	0,10	0,09	0,10	0,10	0,11

	AME (gDQO.gX_v.d^-1) - Fase 2
	R^0,8 _0,3	R^0,7 _0,3	R^0,6 _0,3	R^0,75 _0,4	R^0,7 _0,4	R^0,65 _0,4	RY	RC
Lodo no reator	0,18	0,14	0,17	0,13	0,15	0,15	-	-
Lodo expulso	0,17	0,12	0,13	0,13	0,10	0,11	-	-

Reator	FASE	Lodo no reator		Lodo expulso
Reator	FASE	k (L.g ^-1 )	v₀ (m.h^-1)	k (L.g ^-1 )	v₀ (m.h^-1)
R^0,8 _0,3	1	0,07	10	0,13	16
R^0,8 _0,3	2	0,08	15	0,10	17
R^0,7 _0,3	1	0,08	15	0,10	10
R^0,7 _0,3	2	0,08	11	0,11	10
R^0,6 _0,3	1	0,10	10	0,14	18
R^0,6 _0,3	2	0,11	10	0,12	16
R^0,75 _0,4	1	0,08	10	0,11	15
R^0,75 _0,4	2	0,10	10	0,12	13
R^0,7 _0,4	1	0,07	9	0,09	12
R^0,7 _0,4	2	0,08	9	0,11	14
R^0,65 _0,4	1	0,14	17	0,18	17
R^0,65 _0,4	2	0,09	7	0,12	9
RY	1	0,10	18	0,16	15
RC	1	0,09	14	0,12	13

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[1] *Autor correspondente: silvania_sls@hotmail.com