Resumo: O reator aeróbio de leito fluidizado com circulação interna emprega microorganismos aderidos a um meio suporte uniforme (areia), removendo tanto matéria orgânica quanto nitrogenada. Neste experimento foram estudados dois reatores com 2,6 m de altura cuja diferença era o diâmetro do tubo interno (125 e 150 mm) e foram aplicadas diferentes concentrações de meio suporte ao longo do estudo (100, 125 e 150 g.L-1). Ensaios realizados com água limpa utilizando traçador (NaCl) e sondas de condutividade elétrica mostraram que, nas vazões de ar entre 1500 - 3000 L.h-1, ocorre circulação suficiente para a suspensão do meio suporte. O esgoto doméstico passou por peneiramento estático e foram realizadas análises de DBO, DQO, NT, Namon, NO2, NO3, sólidos, espessura do biofilme, turbidez, temperatura, pH, OD e testes microbiológicos (Gram, esporos e catalase). Observou-se que a adição de meio suporte influencia positivamente na eficiência de remoção de matéria nitrogenada, e que uma menor diferença entre as áreas interna e externa facilitam o equilíbrio do sistema, apresentando assim, eficiências melhores. / Abstract: Aerobic fluidized bed reactor with internal-loop uses microorganisms attached to a uniform carrier (sand), removing carbonaceous and nitrogenous matter. In this experimental work two reactors with 2,6 m height were studied. The main difference between both reactors was the inner tube diameter (125 and 150mm). Different carrier concentrations were applied in that study (100, 125 and 150g.L-1). Experiments with clean water using a marker (NaCl) and electrical conductivity probes showed that with flow taxes between 1500 - 3000 L.h-1 occurs sufficient circulation to suspend the carrier. The sewage passed by static screening and analyses of BOD, COD, total nitrogen, Namon, NO2, NO3, suspend solids, biofilm thickness, turbidity, temperature, pH, dissolved oxygen and microbiological test (Gram, spores and catalysis) were realized. In that work, was observed that the addition of carrier has positive influences on nitrogenous matter removal efficiency, and lower differences between indoor/outdoor area facilitate system balance, showing better efficiencies. / Orientador: Milton Dall'Aglio Sobrinho / Coorientador: Dib Gebara / Banca: Vanildo Luiz Del Bianchi / Banca: Ranulfo Monte Alegre / Mestre

Em solos alagados, o amônio é a forma nitrogenada mais estável, ao contrário do nitrato, que é rapidamente perdido por desnitrificação. Por isso, pouca importância é dada ao nitrato como fonte de N para o arroz em solos alagados. Entretanto, a nitrificação na rizosfera e na superfície do solo pode fornecer nitrato para o arroz. Este trabalho, constituído por três estudos, cada um com dois experimentos, foi realizado para avaliar a importância dessas duas formas na absorção de nitrogênio e no desenvolvimento de genótipos de arroz. No Estudo 1, avaliou-se o efeito de proporções de amônio e nitrato, em solução nutritiva, na morfologia do sistema radicular, na absorção de nitrogênio e no desenvolvimento de genótipos de arroz. No Estudo 2, avaliou-se uma metodologia para avaliar a formação de aerênquima, liberação de oxigênio na raiz e sua relação com a oxidação de ferro. No Estudo 3, avaliou-se a relação entre a disponibilidade de nitrato em solo e solução nutritiva, e a expressão gênica de OsNRTs. O efeito combinado de amônio e nitrato promoveu melhor crescimento do arroz em relação às fontes isoladas e indica que o nitrato é fonte importante de nitrogênio para essa cultura. As fontes isoladas podem causar toxidez às plantas. A metodologia testada para obter ambiente de hipoxia foi eficiente por retirar o oxigênio livre, e estabelece uma relação entre a porosidade da raiz e a formação de placa férrica, possibilitando diferenciar genótipos quanto à capacidade de liberar oxigênio para a rizosfera. A detecção de nitrato no solo alagado e na seiva do xilema, aliados à expressão dos genes OsNRTs, de forma diferenciada entre genótipos de arroz, demonstram que o nitrato é uma fonte importante de suprimento de nitrogênio e para o arroz irrigado por inundação. / In flooded soils, ammonium is the stable nitrogen form, while nitrate is lost by denitrification. As result, little importance is given to nitrate as nitrogen source for rice in flooded soils. However, nitrification processes in rhizosphere zone and at soil surface can furnish nitrogen as nitrate for flooded rice. This research was conducted, as three studies, each one by two experiments, to evaluate the importance of each, ammonium and nitrate forms, for nitrogen nutrition and development of rice genotypes. In Study 1, the effect of different proportions of such nitrogen forms, in nutrient solution, on root morphology, nitrogen uptake and rice development were evaluated. In Study 2, a methodology to verify aerenchyma formation, oxygen release and iron plaque formation at root surface was tested. In Study 3, the relation among nitrate availability, in soil and nutrient solution, and OsNRTs gene expression was evaluated. The effect of combined, ammonium and nitrate forms provide better rice growth than each single nitrogen form, and indicate that nitrate is an important nitrogen source to rice. Ammonium and nitrate alone are toxic for rice plants. The proposed methodology to obtain hypoxia environment was efficient to extract free oxygen, and made possible to obtain a relationship of root porosity with iron plaque formation, and to differentiate rice genotypes as the capacity to release oxygen to rhizosphere. The presence of nitrate in flooded soil and in xylem sap, together with OsNRTs gene expression, that is different among rice genotypes, indicate that nitrate is an important nitrogen supply form for flooded rice.

Este trabalho fundamentou-se na concepção e operação de um sistema combinado anaeróbio-aeróbio, constituído de reator UASB e Biofiltro Aerado Submerso (BAS) Multiestágio (anaeróbio-aeróbio-anóxico). Os sistemas foram operados em escala piloto e aplicado ao tratamento de esgoto sanitário, sendo testados três meios-suporte, nomeadamente tampas e gargalos de garrafas PET (Asup=160m²/m³), pedra britada n.4 (40m²/m³) e anéis Pall 1,5’’ (130m²/m³), sendo denominados de BAS 1, 2 e 3. O trabalho foi dividido em duas fases, compondo ao todo 6 etapas experimentais: 1ª fase, onde se buscou avaliar a remoção de matéria orgânica e obtenção de nitrificação em três regimes hidráulicos (TDH total: 4h, 8h e 12h); 2ª fase, onde se buscou obter a pré-desnitrificação utilizando-se o carbono presente no efluente do reator UASB (4ª etapa) e através de carbono externo dosado no afluente dos BAS (5ª etapa); e a pós-desnitrificação através da dosagem de carbono externo na câmara anóxica (6ª etapa). Foram operados paralelamente dois sistemas de CBR, preenchidos com os meiossuporte “tampas e gargalos de garrafas PET” (CBR 1) e anéis Pall 1’’ (CBR 2), nos TDH de 1,75; 3,5 e 5,25h, equivalentes aos TDH das câmaras aeróbias dos BAS. As cargas orgânicas aplicadas variaram de 0,27 a 1,19 kgDQOt/m³.d para os BAS e de 0,63 – 2,72 kgDQOt/m³.d para os CBR. As eficiências totais (UASB+BAS ou CBR) em termos de DQO total superaram 90% para os BAS 1 e 3 e para os CBR 1 e 2 (considerando-se a DQO decantada). A conformação empregada de BAS, quando utilizados materiais com elevados índices de vazios (tampas e gargalos de garrafas PET e anéis Pall), possibilitou elevadas remoções de SS (Cefl 30mgSS/L), tornando desnecessário uso o decantador secundário. O desenvolvimento da nitrificação e remoção carbonácea em conjunto limitaram as taxas de nitrificação e exigiram elevados TDH para os BAS. A nitrificação nos CBR foi superior a 90% para TDH de 3,5h, enquanto que os BAS requereram 5,25h na câmara aeróbia (TDH total: 12h) e a aplicação de recirculação para a obtenção de resultados similares. A influência da recirculação sobre a nitrificação nos BAS foi positiva, possibilitando as melhores taxas de nitrificação superficiais para os BAS (0,61; 1,29 e 0,70gN/m².d para os BAS 1, 2 e 3 respectivamente). Não foram verificadas interferências significativas de elevadas relações C/N ( 5,0) sobre a nitrificação dos BAS e CBR. Valores de pH abaixo do neutro não influenciaram de maneira adversa a nitrificação, observando-se, no entanto, provável limitação por deficiência de alcalinidade total. Observaram-se também inibições para valores de OD inferiores a 3,5mgO2/L na câmara aeróbia dos BAS. A oxidação do nitrogênio amoniacal a nitrato de mostrou ser a etapa crítica do processo biológico e remoção de nitrogênio total. Foram obtidas eficiências de pósdesnitrificação superiores a 90% (Nefl 4,5mgNT/L), com auxílio de carbono externo, a uma relação C/N de 1,46(mol/mol). / This work was based on the conception and operation of a combined anaerobic-aerobic system, consisting of an UASB reactor and a Multi-stage Biological Aerated Filter (BAF) (anaerobic-aerobic-anoxic) in pilot-scale and applied to the treatment of sanitary wastewater. Three different biofilter’s media were tested, namely “lids and bottlenecks of PET bottles” (160m²/m³), gravel no4 (40m²/m³) and Pall rings (130m²/m³), called BAF 1, 2 and 3, respectively. The experimental work was divided in two phases, comprising 6 experimental stages: The 1st phase was carried out to evaluate the effect of Hydraulic Retention Time (4, 8 and 12h) upon the removal of organic carbon and the attainment of nitrification. The 2nd phase evaluated different strategies to promote denitrification by using internal carbon source present in the UASB’s effluent (4th stage); by dosing external carbon source (Sodium Acetate) on the influent to the BAS aiming pre-denitrification (5th stage); and dosing external carbon (Sodium Acetate) at the inlet of the anoxic chamber aiming the post-denitrification (6th stage). Two RBC systems, filled with “lids and bottlenecks of PET bottles” (RBC 1) and Pall rings with 1'' diameter (RBC 2) were operated in parallel with the BAFs, adjusting the influent flow to obtain Hydraulic Retention Time (HRT) of 1,75; 3,5 and 5,25h. These values corresponded to the HRT of the aerobic chambers of the BAFs. The applied organic loading rates varied between 0,27 and 1,19 kgCODt/m³.d for the BAS and between 0,63 – 2,72 kgCODt/m³.d for the RBC. The systems efficiencies (UASB+BAF and UASB+RBC) had surpassed 90% in terms of total COD for BAF 1 and 3 and for RBC 1 and 2 (considering decanted COD for RBC systems). The employed conformation of BAF, when using high void index media (lids and bottlenecks, Pall rings), allowed high SS removals (Cefl 30mgSS/L), making unnecessary the use of a secondary clarifier. The development of combined nitrification and organic carbon removal limited the nitrification rates and had demanded high HRT for the BAFs. The nitrification in the RBC systems was above 90% for HRT=3,5h, whereas the BAF had required TDH=5,25h in aerobic chamber (total HRT=12h) and the use of internal recirculation for the attainment of similar results. Internal recirculation in the BAF improved nitrification, making possible the best superficial nitrification rates for the BAF, reaching 0,61; 1,29 and 0,70gN/m².d for BAF 1, 2 and 3 respectively. High relations C/N ( 5,0) had no detrimental effect upon the nitrification on the BAF and the RBC. Values of pH below 7,0 had not adversely influenced the nitrification of both BAF and RBC. However, the low values of effluent alkalinity may have limited the rate of nitrification on the biological reactors. Values of Dissolved Oxygen (DO) below 3,5 mgO2/L in the aerobic chamber of the BAF clearly inhibited the nitrification rate. The ammonia nitrogen oxidation to nitrate was the critical step of the overall biological process and, as a consequence, to total nitrogen removal. Average efficiencies of post-denitrification was above 90% (Nefl 4,5 mg TN/L), when dosing external carbon source (C/N=1,46 mol/mol) to BAF 1.

Este trabalho fundamentou-se na concepção e operação de um sistema combinado anaeróbio-aeróbio, constituído de reator UASB e Biofiltro Aerado Submerso (BAS) Multiestágio (anaeróbio-aeróbio-anóxico). Os sistemas foram operados em escala piloto e aplicado ao tratamento de esgoto sanitário, sendo testados três meios-suporte, nomeadamente tampas e gargalos de garrafas PET (Asup=160m²/m³), pedra britada n.4 (40m²/m³) e anéis Pall 1,5’’ (130m²/m³), sendo denominados de BAS 1, 2 e 3. O trabalho foi dividido em duas fases, compondo ao todo 6 etapas experimentais: 1ª fase, onde se buscou avaliar a remoção de matéria orgânica e obtenção de nitrificação em três regimes hidráulicos (TDH total: 4h, 8h e 12h); 2ª fase, onde se buscou obter a pré-desnitrificação utilizando-se o carbono presente no efluente do reator UASB (4ª etapa) e através de carbono externo dosado no afluente dos BAS (5ª etapa); e a pós-desnitrificação através da dosagem de carbono externo na câmara anóxica (6ª etapa). Foram operados paralelamente dois sistemas de CBR, preenchidos com os meiossuporte “tampas e gargalos de garrafas PET” (CBR 1) e anéis Pall 1’’ (CBR 2), nos TDH de 1,75; 3,5 e 5,25h, equivalentes aos TDH das câmaras aeróbias dos BAS. As cargas orgânicas aplicadas variaram de 0,27 a 1,19 kgDQOt/m³.d para os BAS e de 0,63 – 2,72 kgDQOt/m³.d para os CBR. As eficiências totais (UASB+BAS ou CBR) em termos de DQO total superaram 90% para os BAS 1 e 3 e para os CBR 1 e 2 (considerando-se a DQO decantada). A conformação empregada de BAS, quando utilizados materiais com elevados índices de vazios (tampas e gargalos de garrafas PET e anéis Pall), possibilitou elevadas remoções de SS (Cefl 30mgSS/L), tornando desnecessário uso o decantador secundário. O desenvolvimento da nitrificação e remoção carbonácea em conjunto limitaram as taxas de nitrificação e exigiram elevados TDH para os BAS. A nitrificação nos CBR foi superior a 90% para TDH de 3,5h, enquanto que os BAS requereram 5,25h na câmara aeróbia (TDH total: 12h) e a aplicação de recirculação para a obtenção de resultados similares. A influência da recirculação sobre a nitrificação nos BAS foi positiva, possibilitando as melhores taxas de nitrificação superficiais para os BAS (0,61; 1,29 e 0,70gN/m².d para os BAS 1, 2 e 3 respectivamente). Não foram verificadas interferências significativas de elevadas relações C/N ( 5,0) sobre a nitrificação dos BAS e CBR. Valores de pH abaixo do neutro não influenciaram de maneira adversa a nitrificação, observando-se, no entanto, provável limitação por deficiência de alcalinidade total. Observaram-se também inibições para valores de OD inferiores a 3,5mgO2/L na câmara aeróbia dos BAS. A oxidação do nitrogênio amoniacal a nitrato de mostrou ser a etapa crítica do processo biológico e remoção de nitrogênio total. Foram obtidas eficiências de pósdesnitrificação superiores a 90% (Nefl 4,5mgNT/L), com auxílio de carbono externo, a uma relação C/N de 1,46(mol/mol). / This work was based on the conception and operation of a combined anaerobic-aerobic system, consisting of an UASB reactor and a Multi-stage Biological Aerated Filter (BAF) (anaerobic-aerobic-anoxic) in pilot-scale and applied to the treatment of sanitary wastewater. Three different biofilter’s media were tested, namely “lids and bottlenecks of PET bottles” (160m²/m³), gravel no4 (40m²/m³) and Pall rings (130m²/m³), called BAF 1, 2 and 3, respectively. The experimental work was divided in two phases, comprising 6 experimental stages: The 1st phase was carried out to evaluate the effect of Hydraulic Retention Time (4, 8 and 12h) upon the removal of organic carbon and the attainment of nitrification. The 2nd phase evaluated different strategies to promote denitrification by using internal carbon source present in the UASB’s effluent (4th stage); by dosing external carbon source (Sodium Acetate) on the influent to the BAS aiming pre-denitrification (5th stage); and dosing external carbon (Sodium Acetate) at the inlet of the anoxic chamber aiming the post-denitrification (6th stage). Two RBC systems, filled with “lids and bottlenecks of PET bottles” (RBC 1) and Pall rings with 1'' diameter (RBC 2) were operated in parallel with the BAFs, adjusting the influent flow to obtain Hydraulic Retention Time (HRT) of 1,75; 3,5 and 5,25h. These values corresponded to the HRT of the aerobic chambers of the BAFs. The applied organic loading rates varied between 0,27 and 1,19 kgCODt/m³.d for the BAS and between 0,63 – 2,72 kgCODt/m³.d for the RBC. The systems efficiencies (UASB+BAF and UASB+RBC) had surpassed 90% in terms of total COD for BAF 1 and 3 and for RBC 1 and 2 (considering decanted COD for RBC systems). The employed conformation of BAF, when using high void index media (lids and bottlenecks, Pall rings), allowed high SS removals (Cefl 30mgSS/L), making unnecessary the use of a secondary clarifier. The development of combined nitrification and organic carbon removal limited the nitrification rates and had demanded high HRT for the BAFs. The nitrification in the RBC systems was above 90% for HRT=3,5h, whereas the BAF had required TDH=5,25h in aerobic chamber (total HRT=12h) and the use of internal recirculation for the attainment of similar results. Internal recirculation in the BAF improved nitrification, making possible the best superficial nitrification rates for the BAF, reaching 0,61; 1,29 and 0,70gN/m².d for BAF 1, 2 and 3 respectively. High relations C/N ( 5,0) had no detrimental effect upon the nitrification on the BAF and the RBC. Values of pH below 7,0 had not adversely influenced the nitrification of both BAF and RBC. However, the low values of effluent alkalinity may have limited the rate of nitrification on the biological reactors. Values of Dissolved Oxygen (DO) below 3,5 mgO2/L in the aerobic chamber of the BAF clearly inhibited the nitrification rate. The ammonia nitrogen oxidation to nitrate was the critical step of the overall biological process and, as a consequence, to total nitrogen removal. Average efficiencies of post-denitrification was above 90% (Nefl 4,5 mg TN/L), when dosing external carbon source (C/N=1,46 mol/mol) to BAF 1.

Em solos alagados, o amônio é a forma nitrogenada mais estável, ao contrário do nitrato, que é rapidamente perdido por desnitrificação. Por isso, pouca importância é dada ao nitrato como fonte de N para o arroz em solos alagados. Entretanto, a nitrificação na rizosfera e na superfície do solo pode fornecer nitrato para o arroz. Este trabalho, constituído por três estudos, cada um com dois experimentos, foi realizado para avaliar a importância dessas duas formas na absorção de nitrogênio e no desenvolvimento de genótipos de arroz. No Estudo 1, avaliou-se o efeito de proporções de amônio e nitrato, em solução nutritiva, na morfologia do sistema radicular, na absorção de nitrogênio e no desenvolvimento de genótipos de arroz. No Estudo 2, avaliou-se uma metodologia para avaliar a formação de aerênquima, liberação de oxigênio na raiz e sua relação com a oxidação de ferro. No Estudo 3, avaliou-se a relação entre a disponibilidade de nitrato em solo e solução nutritiva, e a expressão gênica de OsNRTs. O efeito combinado de amônio e nitrato promoveu melhor crescimento do arroz em relação às fontes isoladas e indica que o nitrato é fonte importante de nitrogênio para essa cultura. As fontes isoladas podem causar toxidez às plantas. A metodologia testada para obter ambiente de hipoxia foi eficiente por retirar o oxigênio livre, e estabelece uma relação entre a porosidade da raiz e a formação de placa férrica, possibilitando diferenciar genótipos quanto à capacidade de liberar oxigênio para a rizosfera. A detecção de nitrato no solo alagado e na seiva do xilema, aliados à expressão dos genes OsNRTs, de forma diferenciada entre genótipos de arroz, demonstram que o nitrato é uma fonte importante de suprimento de nitrogênio e para o arroz irrigado por inundação. / In flooded soils, ammonium is the stable nitrogen form, while nitrate is lost by denitrification. As result, little importance is given to nitrate as nitrogen source for rice in flooded soils. However, nitrification processes in rhizosphere zone and at soil surface can furnish nitrogen as nitrate for flooded rice. This research was conducted, as three studies, each one by two experiments, to evaluate the importance of each, ammonium and nitrate forms, for nitrogen nutrition and development of rice genotypes. In Study 1, the effect of different proportions of such nitrogen forms, in nutrient solution, on root morphology, nitrogen uptake and rice development were evaluated. In Study 2, a methodology to verify aerenchyma formation, oxygen release and iron plaque formation at root surface was tested. In Study 3, the relation among nitrate availability, in soil and nutrient solution, and OsNRTs gene expression was evaluated. The effect of combined, ammonium and nitrate forms provide better rice growth than each single nitrogen form, and indicate that nitrate is an important nitrogen source to rice. Ammonium and nitrate alone are toxic for rice plants. The proposed methodology to obtain hypoxia environment was efficient to extract free oxygen, and made possible to obtain a relationship of root porosity with iron plaque formation, and to differentiate rice genotypes as the capacity to release oxygen to rhizosphere. The presence of nitrate in flooded soil and in xylem sap, together with OsNRTs gene expression, that is different among rice genotypes, indicate that nitrate is an important nitrogen supply form for flooded rice.

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-12-22T09:18:25Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-12-22T09:18:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Os sistemas de lodos ativados se destacam pelo fato de oferecerem a possibilidade de remoção satisfatória de nutrientes como nitrogênio e fósforo, com poucos requisitos de área. Para aperfeiçoar esse processo de remoção, o sistema pode ser otimizado a fim de alcançar satisfatórias condições de pH, temperatura, aeração, entre outros. As bactérias presentes no lodo ativado são capazes de transformar e remover o nitrogênio através dos processos de nitrificação e desnitrificação. As reações de nitrificação são catalisadas por diferentes gêneros de bactérias autotróficas, entres os quais Nitrosomonas, Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus. Existem evidências mais recentes de que estas reações de nitrificação podem, em certa medida, também ser catalisadas por organismos heterotróficos. Assim, a identificação das bactérias presentes em lodos ativados de Estações de Tratamento de Efluentes (ETE), bem como o estudo dos fatores que podem ou não influenciar na eficiência do processo de remoção de nutrientes, é muito importante para a otimização do sistema. As análises físico-químicas e, posterior, análises da composição bacteriana foram realizadas em amostras de afluente, efluente e de lodo de quatro diferentes estações de tratamento. As coletas foram realizadas em ETE de dois abatedouros de aves, de uma indústria de embalagens de papel e de um hospital particular. As amostras analisadas mostraram resultados pouco similares entre si, evidenciando diferenças nos processos de nitrificação e desnitrificação conforme a ETE de origem. Os resultados encontrados para as análises físico-químicas nas amostras estudadas estiveram de acordo com os parâmetros normalmente encontrados para efluentes industriais e de acordo com os exigidos pela legislação (CONAMA, 2011), com exceção de apenas uma amostra (hospital), que teve um valor de nitrogênio amoniacal (21,23 mg/L) na saída do sistema acima do valor máximo permitido pela legislação vigente (20 mg/L). A eficiência de remoção de DQO em todas as estações de tratamento esteve na faixa entre 67,5% e 97,8%. A amostra da ETE da Indústria de Embalagens de Papel foi a que demonstrou maior eficiência de remoção de DQO (97,8%), enquanto que uma das amostras da ETE do Hospital Particular, que apresentou a maior DQO na entrada do sistema, foi a que obteve menor eficiência de remoção (67,5%). A remoção de nitrogênio amoniacal foi observada, com exceção de uma amostra, em todas as demais, e sua eficiência de remoção foi bastante variável nas amostras, com valores considerados satisfatórios para o parâmetro estudado (99,7%) e abaixo do esperado para sistemas de lodos ativados (24,6%). A menor eficiência de remoção de nitrogênio amoniacal (24,6%) foi encontrada para uma amostra da ETE Hospital, enquanto a maior eficiência se observou para a amostra da ETE Embalagens de Papel (99,7%). As amostras de lodo foram analisadas molecularmente através de nested PCR e DGGE, com posterior sequenciamento genético. Os primers utilizados na técnica de nested PCR foram: 11f e 1492r (primers universais), NIT3r (Nitrobacter), Nos1225r (Bactérias oxidadoras de amônio), Ntspa685r (Nitrospira), sendo o primer Eub338f utilizado em conjunto com os primers específicos. Já o PCR realizado para o DGGE foi realizado utilizando-se os primers 968F GC e 1392r. As análises moleculares demonstraram que as bactérias mais comuns nos processos de tratamento por lodos ativados (Bactérias oxidadoras de amônio, nitrobacter e nitrospira) estiveram presentes (pelo menos um dos gêneros) em quase todas as amostras testadas por PCR. A amostra que mostrou maior eficiência de remoção de DQO e nitrogênio amoniacal teve, também, resultado positivo para todos os primers utilizados (Bactérias oxidadoras de amônio, nitrobacter e nitrospira) na técnica de PCR, sugerindo que o processo de nitrificação foi satisfatório. Das amostras que tiveram resultado positivo para as amplificações com primers específicos para nitrificantes, apenas uma teve correspondência de resultado positivo no sequenciamento genético (Bactérias oxidadoras de amônio). / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-11-23T17:48:34Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Carla Maria Pauletti.pdf: 2032023 bytes, checksum: 05c1e6ec8f9dadc338303f4fd9581a5d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-23T17:48:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Carla Maria Pauletti.pdf: 2032023 bytes, checksum: 05c1e6ec8f9dadc338303f4fd9581a5d (MD5) Previous issue date: 2016-11-23 / PETROBRAS, Brasil.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:03:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RaulysonFA_DISSERT.pdf: 2784918 bytes, checksum: f9eec0ac84786bd83f2f7e5f5d700dcc (MD5) Previous issue date: 2009-11-06 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Although the good performance in organic matter and suspended solids removal, the anaerobic reactors are unable to remove ammonia nitrogen from sewage, which makes indispensable to include a step of post-treatment for removal of ammonia or nitrate as necessary. This paper presents the performance of a new variant technology, where the nitrification unit, preceded by anaerobic units, is a submerged aerated biological filter, without continuous sludge discharge in their daily operation. The oxygenation system is very simple and inexpensive, consisting of perforated hoses and compressors. The anaerobic reactors are a septic tank with two chambers followed (8.82 m?) and two parallel anaerobic filters (36 m? each) filled with ceramic bricks and conics plastic parts. Both followed aerated filters were filled with cut corrugated conduit. The study evaluated the behavior of the system with constant domestic sewage flow (10 m?/d) and different aeration conditions, are these: stage 01, when applied air flow of 0.01 m? air/min in both aerated filter; stage 02, remained in the initial air flow rate in the second aerated filter and increased at the first to 0.05 m? air/min; at last, at last, in stage 03, the air flow rate of first aerated filter was 0.10 m? air/min and on the second remained at 0.01 m? air/min. The filter FA1 received load of 0.41 kg COD/m?.d, 0.37 kg COD/m?.d and 0.26 kg COD/m?.d on phases 01, 02 and 03, respectively. The FA2 received loads of 0.25 kg COD/m?.d, 0.18 kg COD/m?.d and 0.14 kg COD/m?.d on phases 01, 02 and 03, respectively. During stage 01, were found the following results: 98% removals of BODtotal and 92% of CODtotal, with effluent presenting 9 mg/L of BODtotal final average and 53 mg/L of CODtotal average; suspended solids removals of 93%, with a mean concentration of 10 mg/L in the final effluent; 47% reduction of ammonia of FA2 to FAN 's, presenting average of 28 mg NNH3/ L of ammonia in the effluent with; the dissolved oxygen levels always remained around 2.0 mg/L. During stage 02, were found removals of 97% and 95% to BODtotal and suspended solids, respectively, with average final concentrations of 8 and 7 mg/L, respectively; was removed 60% of ammonia, whose final concentration was 16.3 mg NNH3/ L, and nitrate was increased to a final average concentration of 16.55 mg N-NO3/L. Finally, the stage 03 provided 6 mg/L of DBOtotal (98% removal) and 23 mg/L of CODtotal (95% removal) of final effluent concentrations average. At this stage was identified the higher ammonia oxidation (86%), with final effluent showing average concentration of 6.1 mg N-NH3/L, reaching a minimum of 1.70 mg N-NH3/L. In some moments, during stage 03, there was a moderate denitrification process in the last aerated filter. The average turbidity in the effluent showed around 1.5 NTU, proving the good biomass physical stability. Therefore, the results demonstrate the submerged biological filters potential, filled with high void ratio material (98%), and aerated with hoses and compressor adoption, in the carbonaceous and nitrogenous matter oxidation, also generating an effluent with low concentration of solids / Apesar de bom desempenho no tocante ? remo??o de mat?ria org?nica e s?lidos suspensos, os reatores anaer?bios s?o incapazes de remover nitrog?nio amoniacal dos esgotos, o que torna indispens?vel a inclus?o de uma etapa de p?s-tratamento para a remo??o da am?nia ou do nitrato, sempre que necess?rio. Neste trabalho ? apresentado o desempenho de uma nova variante tecnol?gica, em que a unidade de nitrifica??o, precedida por unidades anaer?bias, ? um filtro biol?gico submerso aerado, sem cont?nuas descargas de lodo em sua opera??o cotidiana. O sistema de oxigena??o ? muito simples e de baixo custo, constitu?do por mangueiras perfuradas e compressores. Os reatores anaer?bios s?o um decanto-digestor de duas c?maras em s?rie (8,82 m?) e dois filtros anaer?bios em paralelo (cada um com 3,36 m?) preenchidos com tijolo cer?mico e pe?as pl?sticas c?nicas. Os dois filtros aerados, em s?rie, foram preenchidos com eletrodutos corrugados cortados. No estudo avaliou-se o comportamento do sistema com vaz?o de esgoto dom?stico constante (10 m?/d) e diferentes condi??es de aera??o, quais sejam: fase 01, quando se aplicou vaz?o de 0,01 m? ar/min nos dois filtros aerados; fase 02, manteve-se a vaz?o inicial no segundo filtro aerado e aumentou a do primeiro para 0,05 m? ar/min; por fim, na fase 03, a vaz?o do primeiro filtro aerado foi 0,10 m? ar/min e a do segundo permaneceu ainda em 0,01 m? ar/min. O filtro FA1 recebeu carga de 0,41 kg DQO/m?.d, 0,37 kg DQO/m?.d e 0,26 kg DQO/m?.d nas fases 0,1, 02 e 03, respectivamente. O FA2 recebeu cargas de 0,25 kg DQO/m?.d, 0,18 kg DQO/m?.d e 0,14 kg DQO/m?.d nas fases 01, 02 e 03, respectivamente. Durante a fase 01, foram observados os seguintes resultados: remo??es de 98% de DBOtotal e 92% de DQOtotal, com efluente apresentando DBOtotal m?dia final de 9 mg/L e DQOtotal m?dia de 53 mg/L; remo??o em torno de 93% de s?lidos suspensos, com concentra??o m?dia de 10 mg/L no efluente final; redu??o de 47% de am?nia do FA2/FAN s, apresentando am?nia no efluente final com m?dia de 28 mg N-NH3/L; os n?veis de oxig?nio dissolvido sempre mantiveram-se em torno de 2,0 mg/L. Durante a fase 02, foram verificados para DBOtotal e s?lidos suspensos remo??es de 97% e 95%, respectivamente, com concentra??es finais m?dias de 8 e 7 mg/L, respectivamente; o nitrog?nio amoniacal foi removido em 60%, cuja concentra??o final foi de 16,3 mg N-NH3/L, e o nitrato foi incrementado para uma concentra??o m?dia final de 16,55 mg N-NO3 -/L. Por fim, a fase 03 proporcionou efluente com concentra??es finais m?dias de 6 mg/L de DBOtotal (remo??o de 98%) e 23 mg/L de DQOtotal (remo??o de 95%). Nesta fase foi identificada a maior oxida??o de nitrog?nio amoniacal (86%), com efluente final apresentando concentra??o m?dia de 6,1 mg NNH3/ L, chegando a alcan?ar m?nimo de 1,70 mg N-NH3/L. Em alguns momentos, na fase 03, verificou-se um moderado processo de desnitrifica??o no ?ltimo filtro aerado. A turbidez m?dia no efluente final se mostrou da ordem de 1,5 NTU, comprovando a boa estabilidade f?sica da biomassa. Portanto, os resultados demonstram o potencial dos filtros biol?gicos submersos, preenchidos com material de elevado ?ndice de vazios (98%), e aerados com uso de mangueiras e compressor, na oxida??o de mat?ria carbon?cea e nitrogenada, gerando tamb?m um efluente com baixa concentra??o de s?lidos

Em solos alagados, o amônio é a forma nitrogenada mais estável, ao contrário do nitrato, que é rapidamente perdido por desnitrificação. Por isso, pouca importância é dada ao nitrato como fonte de N para o arroz em solos alagados. Entretanto, a nitrificação na rizosfera e na superfície do solo pode fornecer nitrato para o arroz. Este trabalho, constituído por três estudos, cada um com dois experimentos, foi realizado para avaliar a importância dessas duas formas na absorção de nitrogênio e no desenvolvimento de genótipos de arroz. No Estudo 1, avaliou-se o efeito de proporções de amônio e nitrato, em solução nutritiva, na morfologia do sistema radicular, na absorção de nitrogênio e no desenvolvimento de genótipos de arroz. No Estudo 2, avaliou-se uma metodologia para avaliar a formação de aerênquima, liberação de oxigênio na raiz e sua relação com a oxidação de ferro. No Estudo 3, avaliou-se a relação entre a disponibilidade de nitrato em solo e solução nutritiva, e a expressão gênica de OsNRTs. O efeito combinado de amônio e nitrato promoveu melhor crescimento do arroz em relação às fontes isoladas e indica que o nitrato é fonte importante de nitrogênio para essa cultura. As fontes isoladas podem causar toxidez às plantas. A metodologia testada para obter ambiente de hipoxia foi eficiente por retirar o oxigênio livre, e estabelece uma relação entre a porosidade da raiz e a formação de placa férrica, possibilitando diferenciar genótipos quanto à capacidade de liberar oxigênio para a rizosfera. A detecção de nitrato no solo alagado e na seiva do xilema, aliados à expressão dos genes OsNRTs, de forma diferenciada entre genótipos de arroz, demonstram que o nitrato é uma fonte importante de suprimento de nitrogênio e para o arroz irrigado por inundação. / In flooded soils, ammonium is the stable nitrogen form, while nitrate is lost by denitrification. As result, little importance is given to nitrate as nitrogen source for rice in flooded soils. However, nitrification processes in rhizosphere zone and at soil surface can furnish nitrogen as nitrate for flooded rice. This research was conducted, as three studies, each one by two experiments, to evaluate the importance of each, ammonium and nitrate forms, for nitrogen nutrition and development of rice genotypes. In Study 1, the effect of different proportions of such nitrogen forms, in nutrient solution, on root morphology, nitrogen uptake and rice development were evaluated. In Study 2, a methodology to verify aerenchyma formation, oxygen release and iron plaque formation at root surface was tested. In Study 3, the relation among nitrate availability, in soil and nutrient solution, and OsNRTs gene expression was evaluated. The effect of combined, ammonium and nitrate forms provide better rice growth than each single nitrogen form, and indicate that nitrate is an important nitrogen source to rice. Ammonium and nitrate alone are toxic for rice plants. The proposed methodology to obtain hypoxia environment was efficient to extract free oxygen, and made possible to obtain a relationship of root porosity with iron plaque formation, and to differentiate rice genotypes as the capacity to release oxygen to rhizosphere. The presence of nitrate in flooded soil and in xylem sap, together with OsNRTs gene expression, that is different among rice genotypes, indicate that nitrate is an important nitrogen supply form for flooded rice.

A presente pesquisa teve a intenção de desenvolver reator biológico de 159 \'M POT.3\' de volume total, com leito de carvões granulares (ativado e antracito) expandido e parcialmente aerado, para promover remoções de matéria orgânica e nutrientes (N e P) do esgoto sanitário, devido a manutenção de ambientes anaeróbio e aeróbio, estratificados ao longo da altura do reator e ao longo do biofilme cultivado em seu interior. Para avaliar o impacto das modificações operacionais no comportamento biológico dos microrganismos presentes no reator, foram aplicados métodos para análise das atividades nitrificante (ANE), desnitrificante (ADE) e metanogênica (PME), embasados em testes respirométricos padrões descritos na literatura. A estratificação reacional também foi estudada dentro de filmes biológicos com a ajuda de microsensores amperométricos de OD em testes de bancada. Assim, após 451 dias de operação, foi possível verificar remoções médias de \'DQO IND.F\', NTK e fosfato total de, respectivamente 78%, 56% e 42%, quando o reator foi operado por 66 dias com tempo de detenção hidráulica médio de 8,8 h, injetor de oxigênio puro, instalado após placa de orifício em linha de recirculação aerada, a qual funcionava pressurizada (3 a 4 bar) e com razão média de recirculação igual a 3, comparada à vazão de alimentação. Para o restante do período, no qual foram aplicadas taxas de carregamentos volumétricos médios de 0,74 \'+ OU -\' 0,28 kg\'DQO IND.F\'/\'M POT.3\'.dia; 0,17 \'+ OU -\' 0,07 kg NTK/\'M POT.3\'.dia e 0,05 \'+ OU -\' 0,02 kg\'PO IND.4\'POT.-3\'/\'M POT.3\'.dia, o sistema demonstrou remoções médias de 65 \'+ OU -\' 20% para \'DQO IND.F\', 25 \'+ OU -\' 21% para o NTK e 48 \'+ OU -\' 18% para o fosfato total, mesmo operado com tempo de retenção celular médio de 15 \'+ OU -\' 7 dias. Os testes respirométricos foram sensíveis para avaliar a atividade microbiana do material biológico coletado ao longo do reator, com os quais foram verificados PME médio de 0,25 mL\'CH IND.4\'/gSVT.h, para as amostras de material biológico coletado na região anaeróbia, ao fundo do reator; ANE variando entre 1,3 a 4,4 mg\'O IND.2\'/gSVT.h, para as amostras coletadas na região aeróbia, intermediária ao reator; e ADE variando entre 0,024 e 5,20 mg\'N IND.2\'/gSVT.h, para amostras coletadas, respectivamente, no fundo e no topo do reator. As análises do material líquido também corroboram com a idéia de estratificação dos ambientes aeróbio, no fundo do reator, e micro-aerado, em sua região intermediária superior, apontando para região com alto potencial de ocorrerem nitrificação e desnitrificação conjuntas no topo da sua zona reativa. O microsensor amperométrico de OD com ponta entre 10 e 30 \'mü\'m de diâmetro, confeccionados em laboratório especializado, se mostrou sensível para a observação do gradiente de concentração de oxigênio dissolvido dentro de filme biológico, suficientes para a formação de regiões aeróbia e anaeróbia em seu interior, cuja informação pode ser útil para a aprimoramento de reatores com biofilme, projetados para remoções combinadas de matéria orgânica e nutrientes. Entretanto, quando se pretende definir parâmetros cinéticos ou de transferência de massa, maior rigor deve ser dispensado na definição dos locais para a aplicação do sensor, nos quais sejam reduzidos os efeitos da heterogeneidade do agregado microbiano no ajuste da modelagem matemática aplicada aos pontos experimentais / The current research aimed the development of a 159 \'M POT.3\' total volume biological reactor, with a expanded and partially aerated granular coal bed (activated and anthracite), to promote organic matter and nutrients (N and P) removal from wastewater due to the maintenance of anaerobic and aerobic environments, stratified throughout the height of the reactor and also all over the biofilm cultivated in its interior. Methods for the analyses of specific nitrifying activities (ENA), denitrifying (EDA) and methanogenic (EMA) were applied to assess the impact of the operational modifications in the biological behavior of microorganisms present in the reactor, based on standard respirometric tests found in literature. The reactional stratification was also studied inside the biological films with the help of DO microsensors in batch tests. Thus, after 451 of operation it was possible to verify mean \'COD IND.F\', TNK and phosphate removal of 78%, 56% and 42%, respectively, when the reactor was operated for 66 days with average hydraulic detention time of 8.8 h, pure oxygen injector which was installed after the aerated recirculation line which was working pressurized (3 to 4 bar) and with mean recirculation ratio equal to 3, when compared to the feeding flow. For the rest of the period where mean volumetric loading rates of 0.74 \'+ OR -\' 0.28 kg\'COD IND.F\'/\'M POT.3\'.day; 0.17 \'+ OR -\' 0.07 kgTNK/\'M POT.3\'.day and 0.05 \'+ OR -\' 0.02 kg\'PO IND.4\'POT.-3\'/\'M POT.3\'.day were applied the system demonstrated average removal of 65 \'+ OR -\' 20% for \'COD IND.F\', 25 \'+ OR -\' 21% for TNK and 48 \'+ OR -\' 18% for total phosphate, even when it operated with mean cellular retention time of 15 \'+ OR -\' 7 days. The respirometric tests were sensible enough to assess the microbial activity from the biological material collected throughout the reactor, and where mean PME of 0.25 mL\'CH IND.4\'/gSVT.h was verified for the samples of biological material collected in the anaerobic region, at the bottom of the reactor; ANE varying between 1.3 to 4.4 mg\'O IND.2\'/gSVT.h, for the samples collected in the aerobic region, reactor\'s intermediary; and ADE varying between 0.024 to 5.20 mg\'N IND.2\'/gSVT.h, for samples collected at the bottom and the top of the reactor, respectively. The analyses of the liquid material also support the idea of stratification of the aerobic environments, at the bottom of the reactor, and micro-aerated, in its superior intermediate region, pointing to the region as a high potential of occurring joint nitrification and denitrification at the top of the reactive zone. The DO amperometric microsensor, with tip between 10 and 30 \'mü\'m of diameter, produced in a special laboratory, is sensible to the determination of dissolved oxygen concentration gradient inside biological film, sufficient for the formation of anaerobic and aerobic regions in its interior, this information can be useful to the improvement of biofilm reactors, projected for the combined removal of organic matter and nutrients. However, when the definition of kinetic parameters or mass transference is intended more strictness must be applied when choosing the locals for microsensor application, where the effects of the microbial aggregate heterogeneity is reduced in the adjustment of the mathematical modeling applied to the experimental points.