Population growth and aspects related to management water resources, make it extremely important to search for simple wastewater treatment systems, low cost and simplicity operational, capable of producing effluent with potential use for compatible many purposes. In this scenario, the use of aerated reactors as post-treatment of anaerobic effluent is shown quite promising for Brazilian reality. This work contributes to the development of new biofilter system for aerobic treatment of sewage, which is being developed at the Federal University of Rio Grande do Norte. The reactor uses corrugated conduit as cut filler, providing a high void ratio, and is capable of producing effluent with turbidity UT order of 1, 2 mg / L of TSS and COD of below 40 mg / L. IT IS objective of this work to investigate the nitrogen removal capacity by simultaneous nitrification and denitrification. The work was divided into four phases, in which has been changed air flow in the filters, and during step 4, introduced a supplementary source of carbon. The system proved to be effective regarding the removal of nitrogen. In the most efficient configuration It was able to remove 56% of the influent nitrogen, and the less efficient phase removal was 40%. The principal component analysis showed that the nitrification was the most important factor for the process. It was concluded that the system is able to remove nitrogen through nitrification and simultaneous denitrification. Furthermore, it is also important to mention that during the more than three years of the experiment duration was not required removal of retained sludge. / O crescimento da populaÃÃo e aspectos relacionados ao gerenciamento de recursos hÃdricos, fazem com que seja extremamente importante a busca por sistemas de tratamento de esgoto simples, de baixo custo e simplicidade operacional, capazes de produzir efluentes com potencial de utilizaÃÃo para diversos fins compatÃveis. Neste cenÃrio, a utilizaÃÃo de reatores aerados como pÃs-tratamento de efluente anaerÃbio mostra-se bastante promissor para a realidade brasileira. Este trabalho contribui para o desenvolvimento de novo sistema de biofiltros aerÃbios para tratamento de esgotos sanitÃrios, que està sendo desenvolvido na Universidade Federal do Rio Grande do Norte. O reator utiliza eletroduto corrugado cortado como material de enchimento, proporcionando elevado Ãndice de vazios, e à capaz de produzir efluente com turbidez da ordem de 1 UT, 2 mg/L de SST e DQO abaixo de 40 mg/L. à objetivo deste trabalho investigar a capacidade de remoÃÃo de nitrogÃnio pelo processo de nitrificaÃÃo e desnitrificaÃÃo simultÃnea. O trabalho foi dividido em quatro fases, nas quais foi alterada a vazÃo de ar nos filtros, e, durante a fase 4, introduzida uma fonte suplementar de carbono. O sistema mostrou-se eficiente em relaÃÃo à remoÃÃo de nitrogÃnio. Na configuraÃÃo mais eficiente foi capaz de remover 56% do nitrogÃnio afluente, e na fase menos eficiente a remoÃÃo foi de 40%. A anÃlise de componentes principais mostrou que a nitrificaÃÃo foi o fator mais relevante para o processo. Concluiu-se que o sistema à capaz de remover nitrogÃnio pelo processo de nitrificaÃÃo e desnitrificaÃÃo simultÃnea. AlÃm disso, à importante mencionar tambÃm que durante os mais de trÃs anos de duraÃÃo do experimento nÃo foi necessÃria a remoÃÃo do lodo retido.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adriana_ Neres de Lima Model.pdf: 1114285 bytes, checksum: 5ac5451e63a53706eccc865aabd911c5 (MD5) Previous issue date: 2016-02-16 / Nitrification associated to autotrophic denitrification, up from an elemental sulfur as an electron donor, can be an adequate option during the post-treatment of anaerobic effluent, which contains ammoniacal nitrogen that should be nitrified, and whose low carbon concentrations (C/N<5) make heterotrophic denitrification difficult. Due to the alkalinity consumption in both processes, lime materials can be applied as alkalizing to ensure the nitrogen removal efficiencies. Therefore, based on this finding, this research has proposed nitrification application followed by autotrophic denitrification in a single reactor containing elemental sulfur and dolomitic limestone to remove nitrogen from an anaerobic effluent from a cold storage from poultry industry. Thus, this study was divided into three steps due to some gaps in literature on the application of autotrophic denitrification up from elemental sulfur in real effluents. In the first step, the performance of autotrophic denitrification was evaluated in four anoxic fixed-bed reactors of elemental sulfur and dolomitic lime at 4:0, 3:1, 1:1 and 1:3 ratios. The reactors were submitted to constant nitrogen feed load (0.114 kg N m³ -1 d-1) under five initial alkalinity conditions (1,000, 800, 600, 400 and 200 mg CaCO3 L-1). The reactors showed similar behavior under those five evaluated experimental conditions. The greatest denitrification efficiencies (from 84.8 to 94.9%) were observed in the first three conditions, whose denitrification rate was 0.102 ± 0.002 kg NOx m³ -1 d-1 and apparent consumption of alkalinity superior to 244.8 mg CaCO3 L-1. Denitrification efficiencies tended to decrease due to the decrease in the initial concentration of alkalinity up from the third experimental condition (600 mg CaCO3 L-1) due to an excessive consumption and inadequate increase of alkalinity (< 180 mg CaCO3 L-1) from dolomitic limestone. During the second step, the anoxic reactor with bed composition (1: 3 ratio), whose initial alkalinity condition was 600 mg CaCO3 L-1, operated at 14, 10 and 6 h HRT. The reactor showed denitrification efficiencies of 94.4 ± 2.0; 94.9 ± 2; 71.1 ± 7.8% as well as denitrification rates of 0.115 ± 0.007; 0.164 ± 0.007 and 0.217 ± 0.025 kg NOx m³ -1 d-1 for HDT of 14, 10 and 6 hours, respectively. At the sixth hour-HRT, the applied overload and limited mass transfer may have contributed to performance decrease into the reactor due to the accumulation of gases in the bed. The third step approached about feeding strategies with mixing ammonified as well as nitrified one in different rates 1:3 (E1), 1:1 (E2) and 3:1 (E3) in anoxic-aerobic reactor of fixed bed with elemental sulfur: dolomitic limestone 1: 3, under 1,000 mg CaCO3 L-1 initial condition of alkalinity. The reactor presented some efficiencies of ammoniacal and total nitrogen removal of 67.3 ± 6.4 and 64.2 ± 6.3% for E1 condition, 63.4 ± 6.4 and 53.1 ± 7.1% for E2 and 14.2 ± 4.4 and 33.8 ± 1.7% for E3. The generation of hydrogen sulfide mainly from sulfur imbalance effect in anoxic compartment may have contributed to a partial inhibition of nitrifying bacteria. The difficulty in keeping the nitrification process was characterized as a limiting factor during nitrogen removal. Low total nitrogen removal efficiencies have implied that nitrification followed by autotrophic denitrification from elemental sulfur in a single reactor was inadequate to remove nitrogenous compounds of anaerobic effluent from a cold storage from poultry industry / A nitrificação acoplada à desnitrificação autotrófica, a partir do enxofre elementar como doador de elétrons, pode ser uma opção adequada no pós-tratamento de efluentes anaeróbios, os quais contêm nitrogênio amoniacal que deve ser nitrificado, cujas baixas concentrações de carbono (C/N<5) dificultam a desnitrificação heterotrófica. Devido ao consumo de alcalinidade nos dois processos, materiais calcários podem ser utilizados como alcalinizantes para garantir as eficiências de remoção do nitrogênio. Com base nessa constatação, esta pesquisa propôs a aplicação da nitrificação seguida da desnitrificação autotrófica em único reator contendo enxofre elementar e calcário dolomítico na remoção de nitrogênio de efluente anaeróbio proveniente de frigorífico avícola. Devido às lacunas presentes na literatura sobre a aplicação da desnitrificação autotrófica a partir do enxofre elementar em efluentes reais, esse estudo foi dividido em três etapas. Na primeira etapa, avaliou-se o desempenho da desnitrificação autotrófica em quatro reatores anóxicos de leito fixo de enxofre elementar e calcário dolomítico nas proporções de 4:0, 3:1, 1:1 e 1:3. Os reatores foram submetidos à alimentação de carga nitrogenada constante de 0,114 kg N m³ -1 d-1 em cinco condições de alcalinidade inicial (1000, 800, 600, 400 e 200 mg CaCO3 L-1). Os reatores apresentaram comportamento semelhante nas cinco condições experimentais avaliadas. As maiores eficiências de desnitrificação (entre 84,8 e 94,9%) foram observadas nas três primeiras condições, com taxa de desnitrificação de 0,102±0,002 kg NOx m³ -1 d-1 e consumo aparente de alcalinidade superior a 244,8 mg CaCO3 L-1. As eficiências de desnitrificação tenderam a diminuir em função do decréscimo da alcalinidade inicial a partir da terceira condição experimental (600 mg CaCO3 L-1) devido ao consumo excessivo e ao incremento insuficiente de alcalinidade (<180 mg CaCO3 L-1) a partir do calcário dolomítico. Na segunda etapa, o reator anóxico com composição de leito na relação de 1:3, em condição inicial de alcalinidade de 600 mg CaCO3 L-1, foi operado em TDH de 14, 10 e 6 horas. O reator apresentou eficiências de desnitrificação de 94,4±2,0 e 94,9±2 e 71,1±7,8% e taxas de desnitrificação de 0,115±0,007, 0,164±0,007 e 0,217±0,025 kg NOx m³ -1 d-1 para os TDH de 14, 10 e 6 horas, respectivamente. No TDH de 6 horas, a sobrecarga aplicada e a limitada transferência de massa, devido ao acúmulo de gases no leito, podem ter contribuído para diminuição do desempenho do reator. A terceira etapa abordou estratégias de alimentação com mistura de efluentes amonificado e nitrificado em diferentes proporções de 1:3 (E1), 1:1 (E2) e 3:1 (E3) em reator anóxico-aeróbio de leito fixo de enxofre elementar: calcário dolomítico de 1:3 em condição inicial de alcalinidade de 1000mg CaCO3L-1. O reator apresentou eficiências de remoção de nitrogênio amoniacal e total de 67,3±6,4 e 64,2±6,3% para a condição E1, 63,4±6,4 e 53,1±7,1% para E2 e 14,2±4 e 33,8±1,7% para E3. A geração de sulfeto de hidrogênio a partir, principalmente, do efeito de desproporção do enxofre no compartimento anóxico, pode ter contribuído para a inibição parcial das bactérias nitrificantes. A dificuldade em manter o processo de nitrificação foi caraterizada como fator limitante na remoção de nitrogênio. As baixas eficiências de remoção de nitrogênio total indicaram que a nitrificação seguida da desnitrificação autotrófica, a partir do enxofre elementar em único reator, não foi adequada para remover compostos nitrogenados de efluente anaeróbio de frigorífico avícola

O potencial de aplicação do biofiltro aerado submerso (BF) para pós-tratamento de efluentes de um reator anaeróbio compartimentado foi avaliado através de um experimento em escala de laboratório (bancada), visando adequar o efluente tratado aos padrões estabelecidos pela legislação ambiental. Estudou-se a remoção de matéria orgânica e sólidos suspensos no BF, e também a possibilidade de nitrificação no reator. O reator foi construído em coluna de acrílico com 1,30 m de altura, 100 mm de diâmetro e com volume útil de 7,2 L, sendo operado com tempo de detenção hidráulica de 5 horas. Como suporte de imobilização celular, utilizou-se matrizes cúbicas de espuma de poliuretano. Neste trabalho, são apresentados os principais resultados obtidos na operação contínua do reator BF, durante 93 dias consecutivos, divididos em duas fases, devido à variação da carga orgânica volumétrica aplicada (Fase I: 0,99 - 1,87 kg DQO/m3. dia; Fase II: 0,26 - 0,88kg DQO/m3. dia). Durante a fase I de operação, o BF alcançou eficiências médias de remoção de DQO e DBO5 da amostra bruta de 82 e 86%, respectivamente, e de conversão do nitrogênio amoniacal de 81%, com concentração média efluente de 7,5 mg N-amoniacal/L. Na fase final de operação, para remoções médias de 70% de DQOB e 57% de DBO5, o efluente produzido pelo BF apresentava concentrações médias de 30 mg DQOB e 21 mg DBO5/L. Entretanto, o processo de nitrificação nessa fase foi instável, com concentração média de efluente de 25,3 mg N-amoniacal/L. O BF produziu efluente clarificado alcançando valores médios de 3,46 e 2,58 mg/L para SST e SSV, para segunda fase de operação. Este efluente atendeu ao padrão de lançamento do Estado de São Paulo em 100% dos resultados de DBO5, durante todo o período experimental, apresentando bom desempenho na remoção de matéria orgânica, tanto para altas como para baixas cargas orgânicas volumétricas aplicadas. A espuma de poliuretano mostrou-se um suporte adequado para imobilização da biomassa aeróbia e remoção de sólidos suspensos, devida a sua grande capacidade de absorção. Constatou-se, portanto, que o emprego do biofiltro aerado submerso apresenta-se como uma alternativa vantajosa como pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios, produzindo efluente com excelente quantidade e parcialmente nitrificado. / The potential of application of the submerged aerated biofilter (BF) for post-treatment of effluents of an anaerobic baffed reactor was evaIuated through an experiment on Iaboratory scale to adapt the treated effluent to the established quality standards required by the environmental legislation. The removal of organic matter and suspended solids in BF, and aIso the possibility of nitrification in the reactor were studied. The reactor was a column of acrylic with 1,30 m of height, 100 mm diameter and with a useful volume of 7,2 L, being operated with hydraulic detention time of 5 hours. As a support for celluIar immobilization, cubic matrices of polyurethane foam. In this work, the main results were obtained in the continuous operation of the BF reactor, for 93 consecutive days, divided in two phases due to the variation of the applied organic volumetric loading rate (phase I: 0,99-1,87 kg COD/m3.day; Phase II: 0,26-0,88 kg COD/m3.day). During phase I of the operation, BF reached average removal efficiencies of COD and BOD5 of the raw samples of 82 and 86%, respectively, and of conversion of the ammonia nitrogen of 81%, with average effluent concentration of 7,5 mg N-ammonia/L. In the final phase of operation, for removals of 70% of COD and 57% of BOD5, the effluent produced by BF presented average concentrations of 30 mg COD/L and 21 mg BOD5/L. However, the nitrification process in that phase was unstable, with effluent concentrations of 25,3 mg N-ammonia/L. BF produced a very clarified effluent reaching average values of 3,46 and 2,58 mg/L for SST and SSV, for the second operation phase. This effluent satisfied the qualify standards for its discharge in a stream in the State of São Paulo in 100% of the results of BOD5, during the whole experimental period, presenting good performance in the removaI of organic matter, for high as well as for low organic volumetric loading applied. The polyurethane foam demonstrate to be an appropriate support for immobilization of the aerobic biomass and removaI of suspended solids, due to its great absorption capacity. It was found that the employment of the submerged aerated biofilter offers as an advantageous aIternative as anaerobic eftluent post-treatment, producing effluent with excellent quality and partially nitrified.

O processo de nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS) permite alcançar a remoção combinada de matérias carbonácea e nitrogenada em uma única unidade. O reator de leito estruturado, com biomassa imobilizada e recirculação interna, apresenta características positivas para que estes processos envolvidos ocorram, tais como propiciar a formação de biofilme e evitar a colmatação do leito. Esta configuração tem sido estudada com êxito em reatores em escala de bancada para tratamento de esgoto. Nesta pesquisa foi utilizado um reator de leito estruturado em escala piloto com a finalidade de avaliar sua implantação, eficiência e estabilidade tratando esgoto doméstico em condições reais para futura aplicação em pequenas comunidades, condomínios residenciais entre outros como sistema descentralizado. O reator foi construído em fibra de vidro, de formato cilíndrico, com diâmetro interno de aproximadamente 0,80 m e 2,0 m de altura. O volume total foi de aproximadamente 0,905 m3 e o volume útil de 0,642 m3. A operação foi realizada sob condições de aeração contínua e intermitente e os tempos de detenção hidráulica (TDH) testados foram de 48, 36 e 24 horas. A remoção de DQO manteve-se acima de 90&#37; com TDH de 48 e 36 horas. A melhor eficiência de remoção de nitrogênio total foi de 72,4 &#177; 6,4&#37;, sob TDH de 48 horas e a aeração intermitente, com 2 horas de aeração e 1 hora não aerada. A concentração de oxigênio dissolvido (OD) média de 2,8 &#177; 0,5 mg.L-1 na fase aerada e temperatura média de 24,7 &#177; 1,0 &#176;C. Nesse mesmo período, a eficiência média de remoção de DQO foi de 94 &#177; 4 &#37;. Apesar das dificuldades apresentadas no controle da aeração, as eficiências das remoções obtidas indicaram que o reator de leito estruturado e aeração intermitente (LEAI) se apresenta como uma alternativa promissora em escala plena, requerendo ajustes para construção e incremento da estabilidade da NDS. / The simultaneous nitrification and denitrification (SND) process allow achieving a combined nitrogen and carbon removal in a single unit. The structured-bed reactor, with immobilized biomass and internal recirculation, presents positive characteristics for occurrence of these involved processes, such as providing biofilm formation and prevent clogging. This configuration have been study successfully in a bench scale for sewage treatment. In this research was used a structured-bed reactor in a pilot scale in order to evaluate its implantation, efficiency and stability treating sewage in real conditions to future application in small communities, residential condominium among others, as decentralized treatment. The reactor was constructed with cylindrical glass fiber modules, with internal diameter of 0.8 m and 2.0 m height. The total volume was about 0.905 m3 and 0.642 m3 working volume. It was worked under continuous and intermittent aeration conditions and the tested hydraulic retention times (HRT) were 48, 36 e 24 hours. The maximum total nitrogen removal was 72.4 &#177; 6.4&#37; ; the HRT was 48 hours with intermittent aeration, in which 2 hours in aeration and 1-hour nonaeration. An average dissolved oxygen (DO) concentration of 2.8 &#177; 0.5 mg.L-1 in the aerated time and an average temperature of 24.7 &#177; 1.0&#176;C. In the same period, the average COD removal was 94 &#177; 4&#37;. Despite of the difficulties presented in aeration control, the obtained removals indicated the structured-bed reactor subjected to recirculation and intermittent aeration (SBRRIA) can be a promising alternative in full scale, demanding adjustments to improve the reactor construction and the SND stability.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:46:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dilcemara Cristina Zenatti.pdf: 3283328 bytes, checksum: 7aa4b120d287db79b605fc5010d7c5e6 (MD5) Previous issue date: 2007-01-25 / Universidade Federal do Paraná. Campus de Palotina / The agribusiness possesses a high potential of negative environmental impacts related to the generation of residues, overcoat of liquid effluents rich in organic matter and nutrients. The release of those no treated effluents has been the cause of serious damages to the environment. The biological treatment of the nitrogen compositions has been an alternative to improve the quality of the effluents. One of the biological processes is constituted of the nitrification follow by desnitrification, being the nitrification the limiting factor for good performance of the system. The objective of this work was to evaluate the influence of the aeration and of the time of reaction in the process of nitrification of the tilapia effluent in sequential batch reactor with immobilized biomass. The experiment was driven in laboratory scale where two levels of flow of air were tested (QAr = 3 and 6 L.min-1) and two levels of time of reaction (TR = 6 and 12 hours), configuring a factorial experimental planned with four treatments: T1 (QAr=3 L.min-1 and TR = 6:00); T2 (QAr=6 L.min-1 and TR = 6:00), T3 (QAr=3 L.min- 1 and TR = 12:00) and T1 (QAr=6 L.min-1 and TR = 12:00), and four repetitions. The efficiency of Conversion was evaluated (%) of the amoniacal nitrogen to nitrate, the efficiency of Removal (%) of amoniacal nitrogen and the kinetic profile of the nitrification, with the calculation of the apparent kinetic constants k1 and k2. The results showed that the increase in the reaction time (TR) and the increment in the air flow is favorable in the nitrification process. Being that the T4 treatment was what presented better resulted in all the factors analyzed with average values of efficiency for conversion and removal of 57,27± 27,05% and 81,90±3,80, respectively and 0,00300±0,00030 min-1 and 0,00298±0,00024 min-1 for the apparent constants k1 and k2. / A agroindústria possui um elevado potencial de impactos ambientais negativos relacionados à geração de resíduos, sobretudo de efluentes líquidos ricos em matéria orgânica e nutrientes. O tratamento biológico dos compostos nitrogenados tem sido uma alternativa para melhorar a qualidade dos efluentes. Um dos processos biológicos constitui-se da nitrificação seguida da desnitrificação, sendo a nitrificação fator limitante para o bom desempenho do sistema. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da aeração e do tempo de reação no processo de nitrificação de efluente de abatedouro de tilápia em reator em batelada seqüencial com biomassa imobilizada. O experimento foi conduzido em escala de laboratório onde foram testados dois níveis de vazão de ar (QAr = 3 e 6 L.min-1) e dois níveis de tempo de reação (TR = 6 e 12 horas), configurando um planejamento experimental fatorial com quatro tratamentos: T1 (QAr=3 L.min-1 e TR= 6h); T2 (QAr=6 L.min-1 e TR= 6h), T3 (QAr=3 L.min-1 e TR= 12h) e T1 (QAr=6 L.min-1 e TR= 12h), e quatro repetições para cada tratamento. Avaliou-se a eficiência de Conversão(%) do nitrogênio amoniacal a nitrato, a eficiência de Remoção(%) de nitrogênio amoniacal e o perfil cinético da nitrificação, com o cálculo das constantes cinéticas aparentes k1 e k2. Os resultados mostraram que o aumento no tempo de reação (TR) e o incremento na vazão de ar foram favoráveis no processo de nitrificação, sendo que o tratamento T4 foi o que apresentou melhores resultados em todos os fatores analisados com valores médios de eficiência para conversão e remoção de 57,27 ± 27,05% e 81,90 ± 3,80, respectivamente e 0,00300 ± 0,00030 min-1 e 0,00298 ± 0,00024 min-1 para as constantes aparentes k1 e k2.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Angelica _Chini.pdf: 1719142 bytes, checksum: cacffbf4d6a7bd7dd87a559756ed1238 (MD5) Previous issue date: 2015-02-13 / Nitrogen is an essential nutrient for the survival of living organisms, and although abundant as a gas (N&#8322;), it is largely inaccessible in this form to most beings. Nitrogen only becomes accessible when converted into, for example, ammonia, nitrite and nitrate. These substances can be found in high concentrations in effluents, such as swine wastewater, generating a high concentration of nutrients, which may cause damage to the environment and to public health. Biological processes are widely used to remove high nutrients loads. In this context, anammox, partial nitritation (PN) and their combination, as deammonification, are being studied for nitrogen removal. The deammonification consists in ammonia oxidation by PN and that generates substrate to anammox activity; therefore, it must have partial nitrification control to prevent nitrite accumulation. The nitrite concentration in the reactor can inhibit the anammox process, which can be controlled with different strategies, such as aeration and reactor configuration. Considering this, the present study aimed to evaluate two reactors configurations suspended and expanded sludge, for reactor configuration evaluation on deammonification process. For this, two up flow reactors were used with intermittent feeding and aeration at 30 min cycles (15 min on/ 15 min off), one with suspended and the other with expanded bed. These possess working volume of 1 L, 55 g (w/v) of biofilm plastic carrier, the temperature was maintained at 25 °C, HRT 9 h, circulation input flow rate of 2.70 L.d&#8315;¹ and recirculation flow rate was 2.5 times the input and it was fed with synthetic medium. It was possible to establish deammonification process in the two reactors and the experiments were carried out: phase I and III were unstable (air flow rate of 30 mL.min&#8315;¹.L&#8315;¹) and phase II was stable (air flow rate of 20 mL.min&#8315;¹.L&#8315;¹). Thus, in the tested process conditions, it was inferred that the ideal air flow rate was of 20 mL.min&#8315;¹.L&#8315;¹. The expanded biomass reactor configuration achieved better nitrogen removal efficiencies, being 1.23 more efficient than suspended bed, thus being considered the best option for the process under study. In the anammox and nitrifying quantification, there were no significant changes in the suspended bed reactor, only nitrifying growth in phase III. For the expanded bed reactor, anammox bacteria increased in phase II. The results showed that the expanded bed reactor presented a performance 23.06% more efficient than the suspended bed reactor. / O nitrogênio é um dos nutrientes essenciais para a sobrevivência dos organismos vivos e, embora abundante como gás (N&#8322;), é em grande parte inacessível nesta forma à maioria dos organismos. O nitrogênio só se torna acessível quando convertido em, por exemplo, amônia, nitrito e nitrato. Substâncias essas que são encontradas em elevadas concentrações em efluentes, como os da suinocultura, gerando uma elevada concentração de nutrientes,que podem causar danos ao meio ambiente e à saúde pública. Para a remoção de elevadas cargas de nutrientes, os processos biológicos são amplamente utilizados. Assim, os processos anammox, nitritação parcial e seus sistemas combinados, como a desamonificação, estão sendo estudados para a remoção do nitrogênio. A desamonificação consiste na oxidação da amônia pela nitritação parcial (NP), gerando substrato para as bactérias com atividade anammox. Por isso, é necessário que ocorra controle rigoroso da NP a fim de evitar acúmulo de nitrito. O controle da produção de nitrito, a qual pode inibir as bactérias com atividade anammox,pode ser de várias formas, como, por exemplo, estratégias de aeração e configuração de reatores. Considerando estes aspectos, propõe-se estudar duas configurações de reatores, biomassa suspensa e biomassa expandida, com o intuito de avaliar a influência destas configurações em relação ao processo de desamonificação. Para isto, foram utilizados dois reatores de fluxo ascendente, com alimentação e aeração intermitente em ciclos de 30 min (sendo alimentação e aeração ligadas por 15 min e desligadas por 15 min), um com leito suspenso e outro expandido. Reatores com volume útil de 1L e 55 g (v/v) de meio suporte, temperatura mantida em 25 °C, TRH de 9 h, vazão de alimentação de 2,70 L.d&#8315;¹ e a de recirculação foi 2,5 vezes a de entrada. Os reatores foram alimentados com meio de cultura sintético contendo nitrogênio amoniacal total na faixa de 300 mgN.L&#8315;¹. A partir disso, foi possível estabelecer o processo de desamonificação nos dois reatores com vazões de ar de 20 e 30 mL.min&#8315;¹.L&#8315;¹, em três diferentes fases. As fases I e III foram instáveis (vazão de ar de 30 mL.min&#8315;¹.L&#8315;¹), ao passo que a fase II foi estável (vazão de ar de 20 mL.min&#8315;¹.L&#8315;¹). Dessa maneira, nas condições de processo testadas, inferiu-se que a vazão de ar de 20 mL.min&#8315;¹.L&#8315;¹ é a ideal. A configuração de reator de biomassa expandida obteve melhores resultados na remoção de nitrogênio, tendo 1,23 vezes maior eficiência do que o de biomassa suspensa. Assim sendo, o reator de leito expandido se mostrou a melhor opção para o processo estudado. Já na quantificação de biomassa anammox e nitrificante, não houve alterações significativas no reator de leito suspenso, somente crescimento de bactéria nitrificante na fase III. O reator de leito expandido, além disto, também apresentou crescimento de bactérias com atividade anammox na fase II. Os resultados evidenciaram que o reator de leito expandido teve um desempenho 23,06% superior ao de leito suspenso

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adriana_ Neres de Lima Model.pdf: 1114285 bytes, checksum: 5ac5451e63a53706eccc865aabd911c5 (MD5) Previous issue date: 2016-02-16 / Nitrification associated to autotrophic denitrification, up from an elemental sulfur as an electron donor, can be an adequate option during the post-treatment of anaerobic effluent, which contains ammoniacal nitrogen that should be nitrified, and whose low carbon concentrations (C/N<5) make heterotrophic denitrification difficult. Due to the alkalinity consumption in both processes, lime materials can be applied as alkalizing to ensure the nitrogen removal efficiencies. Therefore, based on this finding, this research has proposed nitrification application followed by autotrophic denitrification in a single reactor containing elemental sulfur and dolomitic limestone to remove nitrogen from an anaerobic effluent from a cold storage from poultry industry. Thus, this study was divided into three steps due to some gaps in literature on the application of autotrophic denitrification up from elemental sulfur in real effluents. In the first step, the performance of autotrophic denitrification was evaluated in four anoxic fixed-bed reactors of elemental sulfur and dolomitic lime at 4:0, 3:1, 1:1 and 1:3 ratios. The reactors were submitted to constant nitrogen feed load (0.114 kg N m³ -1 d-1) under five initial alkalinity conditions (1,000, 800, 600, 400 and 200 mg CaCO3 L-1). The reactors showed similar behavior under those five evaluated experimental conditions. The greatest denitrification efficiencies (from 84.8 to 94.9%) were observed in the first three conditions, whose denitrification rate was 0.102 ± 0.002 kg NOx m³ -1 d-1 and apparent consumption of alkalinity superior to 244.8 mg CaCO3 L-1. Denitrification efficiencies tended to decrease due to the decrease in the initial concentration of alkalinity up from the third experimental condition (600 mg CaCO3 L-1) due to an excessive consumption and inadequate increase of alkalinity (< 180 mg CaCO3 L-1) from dolomitic limestone. During the second step, the anoxic reactor with bed composition (1: 3 ratio), whose initial alkalinity condition was 600 mg CaCO3 L-1, operated at 14, 10 and 6 h HRT. The reactor showed denitrification efficiencies of 94.4 ± 2.0; 94.9 ± 2; 71.1 ± 7.8% as well as denitrification rates of 0.115 ± 0.007; 0.164 ± 0.007 and 0.217 ± 0.025 kg NOx m³ -1 d-1 for HDT of 14, 10 and 6 hours, respectively. At the sixth hour-HRT, the applied overload and limited mass transfer may have contributed to performance decrease into the reactor due to the accumulation of gases in the bed. The third step approached about feeding strategies with mixing ammonified as well as nitrified one in different rates 1:3 (E1), 1:1 (E2) and 3:1 (E3) in anoxic-aerobic reactor of fixed bed with elemental sulfur: dolomitic limestone 1: 3, under 1,000 mg CaCO3 L-1 initial condition of alkalinity. The reactor presented some efficiencies of ammoniacal and total nitrogen removal of 67.3 ± 6.4 and 64.2 ± 6.3% for E1 condition, 63.4 ± 6.4 and 53.1 ± 7.1% for E2 and 14.2 ± 4.4 and 33.8 ± 1.7% for E3. The generation of hydrogen sulfide mainly from sulfur imbalance effect in anoxic compartment may have contributed to a partial inhibition of nitrifying bacteria. The difficulty in keeping the nitrification process was characterized as a limiting factor during nitrogen removal. Low total nitrogen removal efficiencies have implied that nitrification followed by autotrophic denitrification from elemental sulfur in a single reactor was inadequate to remove nitrogenous compounds of anaerobic effluent from a cold storage from poultry industry / A nitrificação acoplada à desnitrificação autotrófica, a partir do enxofre elementar como doador de elétrons, pode ser uma opção adequada no pós-tratamento de efluentes anaeróbios, os quais contêm nitrogênio amoniacal que deve ser nitrificado, cujas baixas concentrações de carbono (C/N<5) dificultam a desnitrificação heterotrófica. Devido ao consumo de alcalinidade nos dois processos, materiais calcários podem ser utilizados como alcalinizantes para garantir as eficiências de remoção do nitrogênio. Com base nessa constatação, esta pesquisa propôs a aplicação da nitrificação seguida da desnitrificação autotrófica em único reator contendo enxofre elementar e calcário dolomítico na remoção de nitrogênio de efluente anaeróbio proveniente de frigorífico avícola. Devido às lacunas presentes na literatura sobre a aplicação da desnitrificação autotrófica a partir do enxofre elementar em efluentes reais, esse estudo foi dividido em três etapas. Na primeira etapa, avaliou-se o desempenho da desnitrificação autotrófica em quatro reatores anóxicos de leito fixo de enxofre elementar e calcário dolomítico nas proporções de 4:0, 3:1, 1:1 e 1:3. Os reatores foram submetidos à alimentação de carga nitrogenada constante de 0,114 kg N m³ -1 d-1 em cinco condições de alcalinidade inicial (1000, 800, 600, 400 e 200 mg CaCO3 L-1). Os reatores apresentaram comportamento semelhante nas cinco condições experimentais avaliadas. As maiores eficiências de desnitrificação (entre 84,8 e 94,9%) foram observadas nas três primeiras condições, com taxa de desnitrificação de 0,102±0,002 kg NOx m³ -1 d-1 e consumo aparente de alcalinidade superior a 244,8 mg CaCO3 L-1. As eficiências de desnitrificação tenderam a diminuir em função do decréscimo da alcalinidade inicial a partir da terceira condição experimental (600 mg CaCO3 L-1) devido ao consumo excessivo e ao incremento insuficiente de alcalinidade (<180 mg CaCO3 L-1) a partir do calcário dolomítico. Na segunda etapa, o reator anóxico com composição de leito na relação de 1:3, em condição inicial de alcalinidade de 600 mg CaCO3 L-1, foi operado em TDH de 14, 10 e 6 horas. O reator apresentou eficiências de desnitrificação de 94,4±2,0 e 94,9±2 e 71,1±7,8% e taxas de desnitrificação de 0,115±0,007, 0,164±0,007 e 0,217±0,025 kg NOx m³ -1 d-1 para os TDH de 14, 10 e 6 horas, respectivamente. No TDH de 6 horas, a sobrecarga aplicada e a limitada transferência de massa, devido ao acúmulo de gases no leito, podem ter contribuído para diminuição do desempenho do reator. A terceira etapa abordou estratégias de alimentação com mistura de efluentes amonificado e nitrificado em diferentes proporções de 1:3 (E1), 1:1 (E2) e 3:1 (E3) em reator anóxico-aeróbio de leito fixo de enxofre elementar: calcário dolomítico de 1:3 em condição inicial de alcalinidade de 1000mg CaCO3L-1. O reator apresentou eficiências de remoção de nitrogênio amoniacal e total de 67,3±6,4 e 64,2±6,3% para a condição E1, 63,4±6,4 e 53,1±7,1% para E2 e 14,2±4 e 33,8±1,7% para E3. A geração de sulfeto de hidrogênio a partir, principalmente, do efeito de desproporção do enxofre no compartimento anóxico, pode ter contribuído para a inibição parcial das bactérias nitrificantes. A dificuldade em manter o processo de nitrificação foi caraterizada como fator limitante na remoção de nitrogênio. As baixas eficiências de remoção de nitrogênio total indicaram que a nitrificação seguida da desnitrificação autotrófica, a partir do enxofre elementar em único reator, não foi adequada para remover compostos nitrogenados de efluente anaeróbio de frigorífico avícola

Thesis (Master of Engineering in Chemical Engineering)--Cape Peninsula University of Technology, 2017. / For more than a decade, poultry product consumption increased in developed and developing countries, with more than 470 new slaughterhouses being constructed in South Africa (SA). Customer demand for poultry products resulted in a rapidly growing poultry industry, with consequential increases in the quantity of organic solid and liquid waste being produced from the poultry slaughterhouses. Annually, the productivity and profitability within the livestock production sector has increased, an evaluation based on the number of slaughtered and sold animals. Potable water is required for these animals, resulting in the generation of high strength wastewaters. Instantaneous disposal of such wastewaters into the environment is concerning as it results in odour and the spreading of diseases in local rivers and freshwater sources. The generated poultry slaughterhouse wastewater (PSW) contains a high quantity of biodegradable organic, suspended and colloidal matter in the form of proteins, fats, oil and grease (FOG), protein from meat, blood, skin, and feathers, resulting in high Biological Oxygen Demand (BOD) and Chemical Oxygen Demand (COD), which can contribute to environmental deterioration if not treated adequately before discharge. On average, PSW contains a high concentration of BOD, COD, nitrogen, pathogenic and non-pathogenic viruses, bacteria and parasites, including their eggs. These characteristics make PSW highly polluted with a large quantity of bird carcass debris including FOG. Due to the high concentration of organic matter and suspended solids in the wastewater, it is necessary to pre-treat the PSW prior to sequential anaerobic treatment. Most of the contaminants present in the PSW can be reduced by means of numerous treatment steps, i.e. physical, chemical and biological treatment. For this study, biological treatment methods, physical separation methods, and a membrane bioreactor system, were used to treat PSW. The biological treatment methods used were an anaerobic digester (AD) followed by a single stage nitrification/denitrification reactor and then a third stage in which an ultrafiltration (UF) and Microfiltration (MF) membrane bioreactor (MBR) was used. The AD used was an Expanded Granular sludge Bed Reactor (EGSB) as anaerobic digestion is one of the most effective biological wastewater treatment methods used, as it reduces the organic matter to even produce biogas as a renewable energy source. The basis of anaerobic treatment method relies on suitable bacteria cultivated in the absence of dissolved oxygen, facilitating decomposition of organic matter into a renewable source such as biogas. Similarly, biological nitrification/denitrification processes for the removal of total nitrogen (TN) in wastewater has become one of the most commonly used processes within the wastewater treatment sector. Nitrification and denitrification processes can be performed by some microorganisms within the wastewater in Wastewater Treatment Plants (WWTPs) The PSW used was collected at different times from a local poultry slaughterhouse in the Western Cape (South Africa) and stored in a refrigerator at 4°C until it was fed to the first stage of the treatment which was the EGSB. Before being fed to the EGSB, the PSW was filtered with a sieve to remove feathers and agglomerated FOG to avoid clogging of the tubing. The EGSB was inoculated with 0.747 L anaerobic granular sludge, had a working volume of 2.7 L, an inner diameter of 0.065 m and a height of 0.872 m respectively. Ceramic marbles with an average diameter of 0.0157m were placed at the bottom of the bioreactor as packing for the underdrain and to maintain the granular sludge within the heated section of the bioreactor. The EGSB was fed with three types of PSW: 50% (v/v), 70% (v/v), which was diluted with distilled water. Thereafter once the system stabilised the reactor was fed with undiluted PSW (100%). Each dilution was operated at different Hydraulic Retention Times (HRTs) and Organic Loading Rates (OLRs), with average HRTs used being 62.5, 57.5 and 49.65 h. Furthermore, the average OLRs were 1, 2 and 3 g tCOD/L.day respectively. The performance of the EGSB was determined using tCOD, Total Suspended Solids (TSS) and FOG, with overall averaged removal rates for these constituents being 69%, 98% and 92% respectively. The highest tCOD removal of 93 % (optimal efficiency) was obtained at an average HRT of 57.5 h with a corresponding average OLR of 2 g tCOD/L.day.

Os sistemas combinados anaeróbio/aeróbio para tratamento de esgotos sanitários têm sido considerados alternativas viáveis do ponto de vista técnico-econômico em relação aos sistemas tradicionais. Este trabalho apresenta os resultados obtidos com uma nova configuração de reator, composto por uma unidade central - um reator anaeróbio de manta de lodo (UASB) modificado de 286 L, associado a um reator radial aerado de leito fixo (RRLF) de 215 L, disposto de maneira a circundar a zona de separação sólido/líquido/gás do reator UASB. A principal modificação no reator UASB foi, portanto, a incorporação, junto à sua parede externa, do RRLF. A alimentação do RRLF com o efluente do UASB dá-se através de aberturas laterais na parede do UASB, o que permitiu eliminar as calhas de coleta e sistemas de alimentação do segundo reator. Esse sistema foi alimentado com esgoto sanitário obtido da rede coletora de esgotos do campus da USP de São Carlos. Esperava-se obter remoção considerável de matéria orgânica solúvel e particulada, bem como a remoção parcial de nitrogênio. Foram obtidas eficiências médias de remoção de matéria orgânica (expressa como demanda química de oxigênio - DQO) e de sólidos suspensos voláteis (SSV), de 80% e 89%, respectivamente. Em condições de operação estável, os valores de DQO e SSV no efluente atingiram 110 mg/L e 16 mg/L, respectivamente. Observou-se, também, que o sistema apresentou grande estabilidade operacional, tendo a taxa de carregamento orgânico volumétrica atingido valores da ordem de 4,0 Kg DQO.m-3d-1. Nessas condições, o sistema atingiu eficiências de remoção de DQO e SSV da ordem de 90%. O sistema misto ensaiado mostrou ser uma configuração promissora, pois promoveu a remoção eficiente de matéria orgânica e de sólidos suspensos. Considera-se, no entanto, a necessidade de se introduzirem modificações no projeto RRLF que permitam o estabelecimento dos processos de nitrificação e desnitrificação nesse reator, uma vez que foi obtida baixa eficiência de nitrificação e, conseqüentemente, a remoção de nitrogênio foi prejudicada. / Integrated anaerobic/aerobic systems have been considered feasible alternatives concerning technical and economic aspects for treating domestic wastewaters. This paper presents the results obtained from the operation of this new reactor configuration, made up of a central unit - an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB), with a working volume of 286 L, associated to a radial-flow aerobic immobilized-biomass (RAIB), with a working volume of 215 L. The RAIB reactor circles the solid/liquid/gas separation zone. The main modification in the UASB reactor concerns this association with the RAIB. The UASB effluent was distributed through openings along its side walls to the RAIB, allowing the elimination of collecting channels and feeding devices from the latter reactor. The objective of this work was to promote organic matter (raw and soluble) and nitrogen removal from domestic sewage. Organic matter (as COD) and volatile suspended solids removal achieved efficiencies of 80% and 89%, respectively. Under stable operational conditions, the system effluent presented COD and volatile suspended solids values of 110 mg/L and 16 mg/L, respectively. Efficiencies of 90% for COD and volatile suspended solids removal were achieved with a organic loading rate of 4,0 Kg COD.m-3.d-1. This integrated system has shown to be a valid configuration, efficiently removing organic matter and suspended solids from the domestic wastewater. However, contrarily to expectations based on the previous studies with RAIB, nitrification was poor. Therefore, modifications to the RAIB design must be considered for the establishment of nitrogen removing processes.

Advanced wastewater treatment plants have complex biological kinetics, time variant influent rates and long processing times. The modeling and operation control of wastewater treatment plant gets complicated due to these characteristics. However, a robust operational system for a wastewater treatment plant is necessary to increase the efficiency of the plant, reduce energy cost and achieve environmental discharge limits. These discharge limits are set by the National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES) for municipal and industrial wastewater treatment plants to limit the amount of nutrients being discharged into the aquatic systems. This document summarizes the research to develop a supervisory operational and control system for the Valrico Advanced Wastewater Treatment Plant (AWWTP) in the Hillsborough County, Florida. The Valrico AWWTP uses biological treatment process and has four oxidation ditches with extended aeration where simultaneous nitrification and denitrification (SND) takes place. Each oxidation ditch has its own anaerobic basin where in the absence of oxygen, the growth of microorganisms is controlled and which in return also helps in biological phosphorus removal. The principle objective of this research was to develop a working model for the Valrico AWWTP using BioWin which mimics the current performance of the plant, predicts the future effluent behavior and allows the operators to take control actions based on the effluent results to maintain the discharge permit limits. Influent and experimental data from online and offline sources were used to tune the BioWin model for the Valrico Plant. The validation and optimization of the BioWin model with plant data was done by running a series of simulations and carrying out sensitivity analysis on the model which also allowed the development of operation policies and control strategies. The control strategies were developed for the key variables such as aeration requirements in the oxidation ditch, recycle rates and wastage flow rates. A controller that manipulates the wasting flow rate based on the amount of mixed liquor suspended solids (MLSS) was incorporated in the model. The objective of this controller was to retain about 4500-4600 mg/L of MLSS in the oxidation ditch as it is maintained by the Valrico Plant. The Valrico AWWTP recycles around 80% of their effluent and hence, the split ratios were adjusted accordingly in the model to recycle the desired amount. The effluent concentrations from the BioWin model for the parameters such as Total Nitrogen (TN), Ammonia, Nitrate, Nitrite, Total Kjeldahl Nitrogen (TKN) complied with the discharge limits which is usually less than 2 mg/L for all the parameters.