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Tipo: Dissertação
Título: Efeito do binômio tempo-temperatura de incubação da amostra na demanda bioquímica de oxigênio de diferentes águas residuárias
Effect of binomial time-temperature incubation of the sample in the biochemical oxygen demand of different wastewaters
Autor(es): Matos, Mateus Pimentel de
Abstract: Pesquisas sobre o efeito do tempo e da temperatura de incubação de amostras líquidas, na estimativa da matéria orgânica biodegradável contida nestas, atualmente são raras, tendo em vista que têm sido aceitos, como padrão, os resultados apresentados nos trabalhos clássicos de Streeter e Phelps e de Theriault, divulgados em 1925 e 1927, respectivamente. Entretanto, esses estudos são passíveis de vários questionamentos, principalmente no que se refere às estimativas feitas em amostras de águas residuárias que não sejam o esgoto sanitário ou soluções sintéticas. Dentre as questões pendentes mais instigantes estão a de que seria possível a redução do tempo de incubação das amostras para obtenção da demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e que haveria influência da temperatura na demanda bioquímica de oxigênio última (DBOu ) da amostra. Para conhecer o efeito da temperatura nas estimativas de DBO e de DBOu , é necessário, também, entender quais os efeitos da mesma variável na obtenção dos coeficientes de desoxigenação (k) e de temperatura (θ); qual o modelo cinético que melhor descreve a progressão da DBO e o efeito de interferentes nessas análises. Para tanto, foram incubadas amostras de esgotos sanitários tratados em fossa séptica (ESF), águas residuárias de laticínios (ARL) e da suinocultura (ARS), para obtenção do coeficiente de desoxigenação à 20 oC (k20). As mesmas amostras também foram armazenadas sob temperaturas de 30 e 35 oC, por tempo equivalente ao período de incubação de 5 dias e à 20 oC, tempos esses calculados usando a equação de Arrhenius modificada por Streeter e Phelps, obtendo-se, assim, os coeficientes θ30 e θ35. Em outro teste, quantificações de DBO foram feitas em vários dias, usando o esgoto sanitário bruto (ESB), a fim de obter θ a partir dos valores de k20 e k35, e verificando-se se a demanda última varia com a temperatura, com a obtenção do coeficiente de temperatura 20 35 da demanda última (φ) a partir da DBOu e da DBOu . Avaliou-se, também, o efeito da inibição da nitrificação nas amostras sobre os valores estimados de k e, usando os valores de k20 típicos de literatura, também foram estimados os valores de θ, verificando se erros de estimativa de k, implicam em erros significativos do coeficiente de temperatura. Os experimentos foram conduzidos no Laboratório de Qualidade da Água (LQA) do Departamento de Engenharia Agrícola (DEA) da Universidade Federal de Viçosa (UFV). Os valores de θ calculados a partir de k20 obtidos experimentalmente foram de 1,048 para ESF, 1,046 para ARL e 1,020 para ARS, sob a temperatura de 35 o C, e de 1,041, 1,070, 1,028, para as mesmas águas residuárias, quando incubadas à 30 oC. Os valores de θ estimados utilizando-se valores de k20 obtidos na literatura não foram estatisticamente diferentes, em nível de 5% de probabilidade, pelo teste "t". Igual conclusão foi obtida ao se estimar o valor do coeficiente de temperatura, usando o valor de k obtido após novo ajuste do modelo de primeira ordem, utilizando o conjunto de dados depois de expurgo dos dados tardios (não houve diferença significativa). Usando o mesmo teste, verificou-se que o uso do valor de θ de 1,047, recomendado na literatura, não implica em erros significativos na estimativa de k. No segundo experimento, foram obtidos k20 e k35, respectivamente, de 0,1593 e 0,2262 d-1, tendo valor de 20 θ igual a 1,024. Os valores estimados de DBOu 35 e DBOu foram, respectivamente, de 579 mg L-1 e 661 mg L-1. O modelo de segunda ordem apresentou desempenho ligeiramente superior sobre o modelo de primeira ordem, na descrição dos dados. Porém, dada à pequena diferença nos resultados e a simplicidade em sua utilização, o modelo de primeira ordem é, ainda, preferível. Os coeficientes φ ajustados foram de 0,00948 e de 0,00967, respectivamente usando os modelos de primeira e segunda ordens, valores suficientemente pequenos para indicar desprezível ou inexistente variação do valor de DBOu com a temperatura. O aumento na temperatura da amostra proporcionou, no entanto, diferentes valores de θ para as águas residuárias.
Research into the effect of time and temperature incubation of liquid samples, in the estimation of biodegradable organic matter contained in these nowadays are rare, considering that they have been accepted as standard the results presented in classical studies of Streeter and Phelps, and Theriault, released in 1925 and 1927, respectively. However, these studies are subject to various questions, mainly in relation in the estimations made on samples of wastewater other than the sewage or synthetic solutions. Among the outstanding questions, the most intriguing that it would be possible to reduce the incubation time of the samples to obtaining the biochemical oxygen demand (BOD) and that there is effect of temperature on biochemical oxygen demand ultimate (UBOD) of the sample. To determine the effect of temperature on estimates of BOD and UBOD, it is also necessary to understand what the effects of the same variable in obtaining the deoxygenation (k) and temperature coefficients (θ); which the kinetic model that best describes the progression of the BOD and the effect of interferents in these analyzes. Thus, samples of sewage treated in septic tank (ESF), dairy wastewater (ARL) and swine wastewater (ARS) were incubated for obtaining the deoxygenation coefficient at 20 oC (k20). The same samples were also stored at temperatures of 30 and 35 o C, for time equivalent to an incubation period of 5 days and at 20 oC, these times were calculated using the Arrhenius equation modified by Streeter and Phelps, obtaining thereby the coefficients and θ30 θ35. In another test, measurements of BOD were made for several days, using the raw sewage (ESB) to obtain θ from values of k20 and k35, and checking whether the ultimate demand varies with temperature, obtaining the temperature coefficient of the ultimate demand (φ) from UBOD20 and UBOD35 . It was also evaluated the effect of inhibiting the nitrification in the samples on the estimated values of k and, using typical values of k20 literature were estimated values of θ too, verifying if errors in the estimation of k, implying in significant errors in the temperature coefficient. The experiments were conducted at the Laboratory of Water Quality (LQA), Department of Agricultural Engineering (DEA), Federal University of Viçosa (UFV). The values of θ calculated from experimental data of k20 were 1.048 to ESF, 1.046 to ARL and 1.020 to ARS, under a temperature of 35 oC, and 1.041, 1.070, 1.028, for the same wastewater when incubated at 30 oC. The values of θ estimated using values of k20 obtained from the literature were not statistically different at 5% probability, using the "t" test. Same conclusion was obtained when estimating the value of temperature coefficient, using the value of k obtained after new adjust from first order model using the data after the purge of late data (no difference significant). Using the same test, it was found that the use of the value θ of 1.047 recommended in the literature, does not imply significant errors in the estimation of k. In the second experiment were obtained k35 and k20, respectively, 0.1593 and 0.2262 d-1, with θ value of 1.024. The estimated values of UBOD20 and UBOD35 were, respectively, 579 mg L-1 and 661 mg L-1. The second order model performance was slightly higher on the first-order model, in describing the data. However, given the small difference in the results and the simplicity to use, the first order model is also preferred. The results of coefficients φ adjusted were 0.009484 and 0.00967, respectively using the first and second models, values sufficiently small to show no or negligible value UBOD variation with temperature. The increase in temperature of the sample provided, however, different values of θ for the wastewater.
Palavras-chave: Biodegradação
Águas residuais - Purificação - Oxidação
Temperatura - Efeito fisiológico
Nitrificação
Esgotos
CNPq: Engenharia Agrícola
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Citação: MATOS, Mateus Pimentel de. Efeito do binômio tempo-temperatura de incubação da amostra na demanda bioquímica de oxigênio de diferentes águas residuárias. 2012. 87f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2012.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/7721
Data do documento: 3-Jul-2012
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