Modelagem matemática da formação e emissão do gás sulfídrico no tratamento de esgotos domésticos
| dc.contributor.advisor-co1 | Reis Junior, Neyval Costa | |
| dc.contributor.advisor1 | Santos, Jane Meri | |
| dc.contributor.author | Sá, Leandro Melo de | |
| dc.contributor.referee1 | Gonçalves, Ricardo Franci | |
| dc.contributor.referee2 | Vieira, Rodrigo Silveira | |
| dc.contributor.referee3 | Moreira, Davidson Martins | |
| dc.contributor.referee4 | Pires, Eduardo Cleto | |
| dc.date.accessioned | 2016-08-29T15:09:49Z | |
| dc.date.available | 2016-07-11 | |
| dc.date.available | 2016-08-29T15:09:49Z | |
| dc.date.issued | 2011-08-26 | |
| dc.description.abstract | Emission models of gases from wastewater treatment plants (WWTP) are based on a mass balance for each compound in the liquid phase of the treatment facility. This mass balance includes mechanisms of compound removal from liquid phase (volatilization, stripping, biodegradation, chemical oxidation), which result from its interaction with the reaction medium through physical, chemical and biological processes, typical of each treatment process. Emission of odorous gases from sewage treatment comprises a large number of compounds, where hydrogen sulfide (H 2 S) is the main responsible by olfactory nuisance, due to its considerable emission rate and low recognition threshold (0.5 ppb). This compound is capable of causing adverse human health effects and lead to death in high concentrations. Aerobic treatment systems to domestic sewage can oxidize odorous compounds such as H 2 S and convert them into non-odorous compounds. Anaerobic treatment of wastewater containing sulfate may lead to formation of H 2 S, which can volatilize into the atmosphere and to cause environmental impact. Formation of H 2 S is a process in which sulfate acts as electron acceptor during chemical oxidation of organic compounds in a reaction mediated by sulphate-reducing bacteria (SRB), which reduce sulfate in H 2 S. This work aims (1) to verify the relevance of H 2S removal mechanism by chemical oxidation in a submerged aerated biofilter using four models for H 2 S oxidation, (2) to investigate the effect of wind speed on volatilization of H 2 S from quiescent surfaces in a wind tunnel and compare predictions of three volatilization models, (3) to estimate the formation of H 2 S in the liquid phase from an anaerobic reactor (UASB) and compare experimental H 2 S emission rates with predictions of three emission models which consider formation and volatilization of H 2 S in their mass balance. The main mechanisms of H 2 S removal in the biofilter were biodegradation and chemical oxidation. Biodegradation was the main mechanism of H 2 S removal when chemical oxidation was calculated by three of the four oxidation models investigated. Stripping and volatilization presented minimal contributions to H 2 S removal from biofilter. Friction velocity showed weak influence on the overall mass transfer coefficient of H 2 S determined with the use of wind tunnel, pointing that the volatilization of H 2 S can be considered nondependent of wind speed when a friction velocity is less than 0.3 m s -1 . At high wind speeds, H 2 S volatilization can show dependence on friction velocity, as suggested by volatilization models. WATER9 model showed better agreement with experimental results, although it overestimated the overall mass transfer coefficientof H 2 S by a factor of 4.0. Other models have overestimated the overall mass transfer coefficient of H 2S. The formation of H 2 S at the UASB reactor presented an average of 412.5 µg s -1 , equivalent to specific average formation of 15.6 µg m -3 s -1 , and was shown to be mainly due to consumption of acetate (66%), followed by consumption of hydrogen (25%) and propionate (9%). TOXCHEM+ and WATER9 models exhibited a better ability to estimate overall H 2 S emission rate from UASB reactor. Emission models investigated overestimated H2 S emission rate from the settling compartment of UASB reactor. However, prediction of the models resulted within the range of 95% confidence interval of overall average emission rate from reactor, in six out of twelve experiments. | eng |
| dc.description.resumo | Os modelos de emissão de gases em estações de tratamento de esgotos (ETE) são baseados em um balanço de massa para o composto na fase líquida em cada processo de tratamento. Nesse balanço de massa são incluídos os mecanismos de remoção do composto da fase líquida (volatilização, stripping, biodegradação, oxidação química), resultantes da sua interação com o meio reacional, através de processos físicos, químicos e biológicos, típicos de cada processo de tratamento. A emissão de gases odorantes no tratamento de esgotos domésticos compreende um grande número de compostos, sendo o sulfeto de hidrogênio (H2S) o principal responsável por incômodo olfativo, devido a sua considerável taxa de emissão e ao seu baixo limite de percepção (0,5 ppb). Esse composto também é capaz de causar efeitos adversos à saúde humana podendo levar a morte em altas concentrações. Os sistemas de tratamento aeróbios de esgotos podem oxidar compostos odorantes, como o H2S, e convertê-los em compostos não odorantes. O tratamento anaeróbio de esgoto contendo sulfato pode levar a formação de H2S, que pode volatilizar para atmosfera e causar impacto ambiental. A formação de H2S é um processo no qual o sulfato atua como aceptor de elétrons durante a oxidação de compostos orgânicos, numa reação mediada por bactérias redutoras de sulfato (BRS), que reduzem sulfato em H2S. Este trabalho objetiva (1) verificar a importância do mecanismo de remoção de H2S por oxidação química em um biofiltro aerado submerso usando quatro modelos para a oxidação química do H2S; (2) investigar o efeito da velocidade do vento sobre a volatilização do H2S a partir de superfícies quiescentes em um túnel de vento e comparar com as predições de três modelos de volatilização; (3) estimar a formação de H2S na fase líquida em um reator anaeróbio (UASB), e comparar a emissão de H2S determinada experimentalmente com as predições de três modelos de emissão, considerando a formação e a volatilização de H2S no balanço de massa dos modelos de emissão. Os principais mecanismos de remoção de H2S no biofiltro foram a biodegradação e a oxidação química. A biodegradação foi o principal mecanismo de remoção de H2S quando a oxidação química foi calculada por três dos quatro modelos de oxidação química investigados. Stripping e volatilização apresentaram mínimas contribuições para a remoção de H2S no biofiltro. A velocidade de fricção mostrou fraca influência sobre o coeficiente global de transferência de massa para o H2S determinado com túnel de vento, indicando que a volatilização do H2S pode ser considerada independente da velocidade do vento quando a velocidade de fricção é menor que 0,3 m s-1. Para elevadas velocidades do vento, o H2S pode exibir volatilização dependente da velocidade de fricção, como sugerido nos modelos de volatilização. O modelo WATER9 apresentou melhor concordância com os resultados experimentais, embora tenha superestimado o coeficiente global de transferência de massa para o H2S por um fator de 4,0. Os demais modelos superestimaram o coeficiente global de transferência de massa para o H2S. A formação de H2S no reator UASB apresentou média de 412,5 g s-1, equivalente a formação média específica de 15,6 g m-3 s-1, e mostrou ser majoritariamente devido ao consumo de acetato (66%), seguida do uso de hidrogênio (25%) e da degradação de propionato (9%). Os modelos TOXCHEM+ e WATER9 exibiram melhor habilidade em estimar a taxa de emissão total de H2S no reator UASB. Os modelos de emissão investigados superestimaram a taxa de emissão de H2S no decantador do reator. Entretanto, a predição dos modelos resultou dentro do intervalo de confiança de 95% para a taxa de emissão total média do reator, em seis de doze experimentos. | |
| dc.format | Text | |
| dc.identifier.uri | http://repositorio.ufes.br/handle/10/3914 | |
| dc.language | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal do Espírito Santo | |
| dc.publisher.country | BR | |
| dc.publisher.course | Doutorado em Engenharia Ambiental | |
| dc.publisher.department | Centro Tecnológico | |
| dc.publisher.initials | UFES | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental | |
| dc.rights | open access | |
| dc.subject | Hydrogen sulphide | eng |
| dc.subject | emission models | eng |
| dc.subject | volatilization | eng |
| dc.subject | H2S formation | eng |
| dc.subject | sulphate reduction | eng |
| dc.subject | chemical oxidation | eng |
| dc.subject | formação de H2S | por |
| dc.subject | redução de sulfato | por |
| dc.subject | oxidação química | por |
| dc.subject | Sulfeto de hidrogênio | por |
| dc.subject | modelos de emissão | por |
| dc.subject | volatilização | por |
| dc.subject.br-rjbn | Reação de oxidação-redução | |
| dc.subject.br-rjbn | Ar | |
| dc.subject.br-rjbn | Águas residuais - Purificação - Oxidação | |
| dc.subject.br-rjbn | Controle de odor. | |
| dc.subject.br-rjbn | Esgotos | |
| dc.subject.cnpq | Engenharia sanitária | |
| dc.subject.udc | 628 | |
| dc.title | Modelagem matemática da formação e emissão do gás sulfídrico no tratamento de esgotos domésticos | |
| dc.type | doctoralThesis |
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