Tratamento a nivel terciário de esgoto sanitário em um wetland francês seguido de um filtro reativo de escória

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dc.contributor.advisor1Gonçalves, Ricardo Franci
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000220489451
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9604327349698525
dc.contributor.authorLima, Janaína Simões
dc.contributor.referee1Keller, Regina de Pinho
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000000291630715
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1765455668560897
dc.contributor.referee2Coelho, Edumar Ramos Cabral
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000000292205737
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/2276795519317927
dc.date.accessioned2024-05-29T20:55:14Z
dc.date.available2024-05-29T20:55:14Z
dc.date.issued2023-10-30
dc.description.abstractThe scarcity of phosphorus is a growing challenge impacting food security and global sustainability. As an essential resource in agricultural production, phosphorus has become increasingly scarce due to intensive extraction and a lack of effective recycling methods. A significant source of this element is sewage, which, when discharged untreated into water bodies, triggers a process called eutrophication. However, several technological innovations have emerged to aid in addressing this issue, offering solutions to efficiently and sustainably remove and recover phosphorus from sewage. These technologies not only tackle the imminent shortage of this vital resource but also aim to transform sewage into a potential source of recoverable phosphorus, aligning with a more circular and responsible approach to using this essential element. This study examined the tertiary treatment of sewage in a French wetland followed by a reactive slag filter. It assessed the removal of total phosphorus, P-PO4 3- , NTK, N-NH4 + , DBO5,20, DQO, TSS, turbidity, and thermotolerant coliforms in a pilot WWTP consisting of a French wetland (1st stage) and a LD steel slag reactive filter (2nd stage). The French wetland was vegetated with the Typha domingensis macrophyte, endemic to the study region. The system's performance was evaluated over 350 days under variable operating conditions, with the French wetland's superficial hydraulic loading rate ranging from 0.1 m3 /m2 . d to 0.8 m3 /m2 . d and the hydraulic retention time (HRT) in the reactive filter from 2,3 to 10,7 days concerning its apparent volume. The system proved efficient in removing TSS, organic matter, and nitrogen, resulting in treated effluent concentrations TSS < 2 mg/L, BOD5,20 < 2 mg/L e NTK < 10 mg/L. Results indicate consistent attainment of total phosphorus concentrations below 1 mg/L with superficial hydraulic loading rates of 0.4 m3 /m2 . d in the French wetland and a hydraulic retention time of 3 days in the RFS (Reactive Filter of Slag). The high pH within the reactive filter led to highly efficient removal of thermotolerant coliforms from sewage, achieving concentrations of 0.0 MPN/100mL in the system's final effluent. The crystalline and morphological structures of the precipitates formed in the reactive filter were investigated using X-ray diffraction, X-ray fluorescence, scanning electron microscopy, and energy-dispersive spectroscopy techniques. The crystalline indices of each sample were determined through XRD diffractograms and the CELREF software, calculating lattice parameters and unit cell volumes for each crystal structure present in the samples. Based on each crystal's reference indices, calcite (CaCO3), hydroxyapatite (Ca5(PO4)3OH), gismondine (CaAl2Si2O8·4H2O), newberyite (MgHPO4·3H2O), and monetite (CaPO3 (OH) crystals were identified. With CELREF's aid, it was verified that the crystalline parameters of the samples resembled those in the reference sheets for each crystal.
dc.description.resumoA escassez de fósforo é um desafio crescente que impacta a segurança alimentar e a sustentabilidade global. É um recurso essencial na produção agrícola, o fósforo tornou-se cada vez mais escasso devido à sua extração intensiva e à falta de métodos eficazes de reciclagem. Uma fonte significativa desse elemento é o esgoto sanitário, que quando lançado nos corpos d’água sem o devido tratamento é gerado o processo chamado de eutrofização. No entanto, diversas inovações tecnológicas têm surgido para auxiliar na resolução desse problema, oferecendo soluções para remover e recuperar o fósforo do esgoto de maneira eficiente e sustentável. Essas tecnologias não só abordam a escassez iminente desse recurso vital, mas também buscam transformar o esgoto em uma fonte potencial de fósforo recuperável, alinhando-se a uma abordagem mais circular e responsável para o uso desse elemento essencial. Essa pesquisa estudou o tratamento a nível terciário de esgoto sanitário em um wetland francês seguido de um filtro reativo de escória. Avaliou-se a remoção de P total, P-PO4 3- , NTK, NNH4 + , DBO5,20, DQO, SST, turbidez e coliformes termotolerantes em uma ETE piloto constituída por um wetland francês (1º estágio) e um filtro reativo de escória de aciaria LD (2º estágio). O wetland francês foi vegetado com a macrófita Typha domingensis, endêmica na região do estudo. O desempenho do sistema foi avaliado durante 350 dias sob condições variáveis de operação, em que a taxa hidráulica superficial do wetland francês variou de 0,1 m3 /m2 . d até 0,8 m3 /m2 . d e o tempo de detenção hidráulica (TDH) no filtro reativo de 2,3 até 10,7 dias com relação a seu volume aparente. O sistema se mostrou eficiente na remoção de SST, de matéria orgânica e de nitrogênio, gerando um efluente tratado com concentração de SST < 2 mg/L, DBO5,20 < 2 mg/L e NTK < 10 mg/L. Os resultados indicam ser possível se atingir consistentemente concentrações de P total menores do que 1 mg/L sob taxas de aplicação hidráulica superficial de 0,4 m3 /m2 . d no wetland francês e um tempo de detenção hidráulica igual a 3 dias no FRE (Filtro reativo de escória). O elevado pH no interior do filtro reativo causou uma remoção muito eficiente de coliformes termotolerantes do esgoto, atingindo-se concentrações de 0,0 NMP/100mL no efluente final do sistema. Foram investigadas as estruturas cristalinas e morfológicas dos precipitados formados no filtro reativo, através de técnicas de difração de raios X, fluorescência de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva. Os índices cristalinos de cada amostra foram determinados por meio dos difratogramas de DRX e do software CELREF, através do qual foram calculados os parâmetros de rede e o volume das células unitárias referentes a cada estrutura cristalina presente em cada amostra. Com base nos índices de referência de cada cristal, foram identificados os cristais calcita (CaCO3), hidroxiapatita (Ca5(PO4)3OH), gismondina (CaAl2Si2O8·4H2O), newberrita (MgHPO4·3H2O) e monetita (CaPO3 (OH). Com o auxílio do CELREF, verificou-se que os parâmetros cristalográficos das amostras são similares aos das fichas referenciais de cada cristal.
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Espírito Santo (FAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/12407
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Engenharia Ambiental
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
dc.rightsopen access
dc.subjectEsgoto sanitário
dc.subjectTratamento terciário
dc.subjectWetland francês
dc.subjectEscória
dc.subjectFósforo
dc.subjectAdsorção
dc.subjectCristalização
dc.subject.cnpqEngenharia Sanitária
dc.titleTratamento a nivel terciário de esgoto sanitário em um wetland francês seguido de um filtro reativo de escória
dc.typedoctoralThesis
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