Advanced biological wastewater treatment - MBBR process for dairy effluents

Abstract

Over the last decades, potable water has become a more scarce resource, so there is a constant need to develop new ways to treat the residual waters, in order to send it back to the natural resources without change the ecosystem equilibrium. The Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) system is considered an Advanced Wastewater Treatment (AWT), which combine the best of Conventional Activated Sludge (CAS) and biofilter processes, making use of suspended biomass and attached biomass, as biofilter. This process requires less space than CAS to process the same amount of wastewater, and can be adapted to the existing structures. The dairy wastewater is obtained during the milk transformation and cleaning operations, and for each litter of processed 4 up to 15 litters of water are used. This residue is characterized by its high content of organic matter and carbonic compounds which contribute to its biodegradability, allowing the use of biological processes. This work used a simulated wastewater, made with 1 parte of low fat milk and 200 parts of municipal water, showing a Chemical Oxygen Demand, (COD), of 640 mg O2/L and a Biochemical Oxygen Demand, (BOD), of 320 mg O2/L, resulting on a biodegradability (COD/BOD5) of 0.5, which allow the application of a biological treatment for this wastewater. Also, the synthetic effluent had 28 mg /L, of Total Kjeldahl Nitrogen, (TKN), and 12 mg P/L, of Total Phosphorus. The MBBR used in this project was a Beaker glass with an operable volume of 900 mL, originals Kaldness® carrier K1 were used as carriers and the air was provided with an air pump, for the sludge survival and the carriers movement. Two Filling Ratios (FR), 20% and 40%, were tested, as well as the impact on the system behaviour of the initial Organic Load Ratio (OLR). Moreover, batch and Continuous operations were carried out. As expected the operations with a FR of 40% allow more efficient results in COD reduction, from 1100 mg O2/L to 60 - 80 mg O2/L, and TKN removal from 60 mg /L to 6.8 mg /L.

Ao longo das últimas décadas, a água potável tornou-se um recurso cada vez mais escasso, havendo por isso, uma necessidade constante de desenvolver novas formas de tratar as águas residuais, a fim de o colocar de novo na natureza, sem alteração do equilíbrio do ecossistema. O MBBR é considerado um Tratamento Avançado de Águas Residuais (AWT), que combinam o melhor das Lamas Ativadas convencionais (CAS) e os processos de filtros biológicos, que atua combinando a biomassa em suspensão e aderida aos suportes. Este processo requer menos espaço que a CAS, para processar a mesma quantidade de efluente, podendo ser adaptado a estruturas existentes. O efluente de laticínios é produzido durante a operação de transformação de leite e limpeza, sendo que por cada litro de leite processado faz-se uso de 4 a 15 litros de água. Este efluente é caracterizado pelo seu elevado teor de matéria orgânica e compostos carbónicos que contribuem para a sua biodegradabilidade, permitindo a utilização de processos biológicos no seu tratamento. Neste trabalho foi utilizado um efluente simulado, feito com uma parte de leite, de baixo teor de gordura, e 200 partes de água municipal, apesentando uma Carência Química de Oxigênio (CQO) de 640 mg O2 / L e uma Carência Bioquímica de Oxigênio (CBO) de 320 mg O2 / L, o que resulta numa biodegradabilidade de 0,5, permitindo a aplicação de um tratamento biológico. Tinha também um valor de 28 mg / L, para o azoto de Kjeldahl total (TKN) e 12 mg P / L, para o Fósforo Total. O sistema MBBR utilizado neste projeto foi um goblet com um volume de operação de 900 mL, os suportes utilizados foram os originais Kaldness® carrier K1, o ar foi fornecido por uma bomba de ar, que também proporciona o movimento dos suportes. Foram testadas duas frações de enchimento, (FR), 20% e 40%, várias cargas orgânicas iniciais, (OLR), e a operação continua e descontinua. Conforme esperado as operações com um FR de 40% revelaram resultados mais eficazes quer na redução do CQO, desde 1.100 mg O2 / L até 60-80 mg O2 / L, e de TKN de 60 mg / L a 6,8 mg / L.