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.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-01T15:18:35Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação de Mestrado Versão Final Completa - Gabriela Valones Rodrigues de Araújo.pdf: 2764512 bytes, checksum: 6abd4e4eb59a8eaec35b37f1ac434ba8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-01T15:18:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação de Mestrado Versão Final Completa - Gabriela Valones Rodrigues de Araújo.pdf: 2764512 bytes, checksum: 6abd4e4eb59a8eaec35b37f1ac434ba8 (MD5) Previous issue date: 2015-08-28 / CNPq / A remoção de carbono e nitrogênio foi avaliada através de um sistema inovador de reatores anaeróbio, aeróbio e anóxico em série de fluxo contínuo. Foram testadas diferentes condições operacionais quanto ao Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) por reator (anaeróbio, aeróbio e anóxico) na Fase 1, Fase 2, Fase 3 e Fase 4 que foi de 7h, 10h, 10h e 5h, respectivamente; e Oxigênio Dissolvido (OD) nas concentrações de 0,5-1,2 mg O2.L-1, 0,5-1,5 mg O2.L-1, 1,1-2,1 mg O2.L-1 e 1,1-2,5 mg O2.L-1 no reator aeróbio, nas respectivas fases. O reator anaeróbio promoveu uma excelente remoção de matéria orgânica (85%), bem como, atuou como pré-tratamento na redução da competição entre os micro-organismos heterotróficos e nitrificantes autotróficos no reator aeróbio. A maior eficiência da nitrificação foi obtida quando a concentração de OD foi mantida entre 1,1 e 2,5 mg L-1. No entanto, foi observada uma diminuição na eficiência da desnitrificação, que pode estar relacionada com uma diminuição da razão DQO / NTK. A eficiência alcançada pelo sistema para DQO (bruta/filtrada) e NTK foi de 88 e 52%, respectivamente. O sistema foi operado sem adição de fonte externa de carbono no reator anóxico. As análises de Biologia Molecular constataram a presença de Bactérias Oxidantes do Nitrito (Nitrospira), Bactérias Oxidantes de Amônia, Bactérias Desnitrifcantes e Anammox. / Removal of carbon and nitrogen was assessed through an innovative system of anaerobic , aerobic and anoxic reactors streaming series. Different operating conditions were tested for hydraulic retention time (HRT ) per reactor (anaerobic, aerobic and anoxic) in Phase 1 , Phase 2 , Phase 3 and Phase 4 which was 7h , 10h , 10h and 5h , respectively; and Dissolved Oxygen (DO) concentrations of 0.5-1.2 mg O2.L-1, 0.5-1.5 mg O2.L-1, 1.1-2.1 mg O2.L-1 and 1.1-2.5 mg O2.L-1, were tested. The anaerobic promoted an excellent removal of organic matter (85% ) and served as pretreatment to reduce the competition between heterotrophic and autotrophic nitrifying microorganisms in the aerobic reactor. The highest efficiency of nitrification was obtained when the concentration of DO was maintained between 1.1-2.5 mg O2.L-1. However, it was observed a decrease in the efficiency of denitrification, which can be related to a decrease in the ratio COD / TKN. The efficiency achieved by the system for COD and TKN was 88 and 52%, respectively. The system was operated without addition of external carbon source in the anoxic reactor. The molecular biology analysis found the presence of Oxidizers Nitrite Bacteria (Nitrospira), Oxidizers Ammonia Bacteria, Desnitrifcantes Bacteria and Anammox.

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). / PETROBRAS, Brasil.

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 / O óxido nitroso (N2O) é o terceiro gás de efeito estufa natural mais importante no planeta Terra, suas emissões são provenientes, principalmente da atividade bacteriana em processos de nitrificação e desnitrificação. Este estudo foi desenvolvido com o objetivo de elucidar a contribuição da Bacia Amazônica nas emissões de N2O nos anos de 2010 e 2011. A quantificação do N2O foi realizada por meio da coleta do ar atmosférico utilizando aviões de pequeno porte que descreveram um perfil vertical da superfície até 4,4 km de altitude, em quatro locais, posicionados de tal forma na Bacia Amazônica, que possibilitasse um estudo que a representasse regionalmente. O fluxo de N2O foi estimado utilizando-se o método de integração de coluna que consiste na determinação da concentração deste gás, subtraído das concentrações de entrada do continente, levando-se em consideração o tempo que as massas de ar levaram da costa brasileira até o local de coleta. Foi determinada a emissão de N2O pela queima de biomassa, utilizando a razão CO:N2O, determinada nos perfis amostrados durante a estação de queima de biomassa. A Amazônia apresentou um caráter emissor para N2O, com uma emissão maior em 2010 de 3,84 TgN2O ano-1 e de 1,93 TgN2O ano-1 em 2011. Este comportamento provavelmente é resultante do efeito da temperatura mais elevada em 2010 do que 2011. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:01:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacaoSUZI.pdf: 1693695 bytes, checksum: 685549689932ba519c01e642564f6819 (MD5) Previous issue date: 2008-06-16 / Mathematical models are gaining ever greater importance in the evaluation and comparison of management alternatives for natural water bodies. One of the difficulties in the use of water quality models for nitrogen and oxygen is the absence of kinetic parameter data about reactions in biochemical processes. The data in the current literature refer to foreign bodies of water, mainly in countries with a temperate climate. The objective of this study was to evaluate the processes of nitrogen and oxygen transformation in water. The Meia Ponte River, one of the principal rivers of Goiás, was the object of the study. The water samples were collected in an urban area of the municipality of Goiânia, Bairro Novo Goiânia 2, which presents apparent man-made interference with the natural environment. The study involved field work and laboratory experiments, as well as the analysis of historical flow data from the Goiânia River Flow Measurement Station. The reaeration coefficients (Ka) in dry and rainy periods, which ranged from 1.17 to 2.34 d-1 and from 0.63 to 2.01 d-1, respectively, were estimated on the basis of historical flow data from 1975 to 2005. The flow reading obtained at the River Flow Measurement Station cited above varied from 13.38 to 48.65 m3.s-1 in the rainy season and from 2.89 to 10,63 m3.s-1 in the dry season, an approximately sixteenfold variation. Samples were collected and taken to the laboratory. In the laboratory, the characterization parameters which deviated from the norms established by CONAMA resolution n° 357 - 2005 were (ranges of variation): (1) OD 0.74 to 5.04 mg.L-1; it was (2) true color 58.00 to 203 mg Pt.L-1; (3) total ammoniacal nitrogen from 0.56 to 3.27 L-1. Kinetic tests in turbulent conditions were carried out using modified Jar Test equipment. The reaeration coefficient (Ka20) was determined experimentally. The Ka20 varied between 3.60 and 11.51 d-1 with minimum-to-maximum rotation tests. The minimum rotation of the equipment was used for the nitrogen experiments to most closely approximate river conditions. Water samples were collected at regular intervals for nitrogen analysis. The ammonification and nitrification processes were monitored. A study of deoxygenation, DBO, was also carried out, and it varied from 4.11 to 21.24 mg.L-1. During the process of biological oxidation, the ranges of coefficient variation were: (1) deoxygenation (Kd20) 0.12 to 1.05 d-1; (2) ammonification (KNH4+20) and the coefficient of the disappearance of total ammoniacal nitrogen (KNH4 20) 0.01 to 0.12 d-1; (3) nitritation (KNO2+20) 0.15 to 0.76 d-1; (4) nitrite disappearance coefficient (KNO2 20)0.19 to 3.36 d-1; and (5) nitration (KNO3+20) 0.08 to 0.17 d-1. Under the same conditions as for nitrogen, nitrifying bacteria were monitored. The Nitrosomonas varied between 11 and ≥2400 NMP/100mL, presenting the same behavior profile as the concentration of nitrite, which varied from 0.04 to 5.60 mg.L-1. The Nitrobacter varied from 4 to 1386 NMP/100mL, presenting the same behavior profile as the concentration of nitrate, which varied from 0.82 to 3.99 mg.L-1. The biochemical kinetic coefficients that were obtained were corrected for the standard temperature of 20°C. An increase in organic matter was observed in the dry period, reflecting an increase in the concentration of most of the parameters measured. There was a positive correlation between the nitritation coefficients and flow, although the quantity of Nitrosomonas was greater during the dry period. The results obtained for reaeration, ammonification, and nitrification may be useful in the modeling of bodies of water under experimental conditions similar to those of the present study. / Os modelos matemáticos ganham uma importância cada vez maior na avaliação e comparação de alternativas de manejo de corpos d água naturais. Uma das dificuldades do uso de modelos de qualidade da água para nitrogênio e oxigênio é a ausência de dados sobre parâmetros cinéticos de reações dos processos bioquímicos. Os dados existentes hoje na literatura referem-se a corpos d água estrangeiros, em sua maior parte em países de clima temperado. Este estudo teve como objetivo avaliar os processos de transformação do nitrogênio e oxigênio na água. O estudo foi desenvolvido no Rio Meia Ponte, Goiás, um dos principais rios do Estado. As amostras de água foram coletadas na região urbana do município de Goiânia, Bairro Novo Goiânia 2, que apresenta aparente interferência antrópica no ambiente natural. O estudo envolveu trabalhos de campo e experimentos em laboratório, como também a análise de dados históricos de vazão da Estação Fluviométrica a Montante de Goiânia. A partir da série histórica de vazão, no período de 1975 a 2005, foram estimados os coeficientes de reaeração (Ka) nos períodos de seca e chuva, que variaram de 1,17 a 2,34 d-1 para 0,63 a 2,01 d-1, respectivamente. As vazões obtidas pela leitura da régua limnimétrica da Estação Fluviométrica acima citada, variaram entre 13,38 e 48,65 m3.s-1 na chuva e entre 2,89 e 10,63 m3.s-1 na seca, variação de aproximadamente 16 vezes. Amostras foram coletadas e encaminhadas ao laboratório. No laboratório, os parâmetros de caracterização que apresentaram-se fora do padrão, segundo a resolução CONAMA n° 357 de 2005, foram (faixas de variação): (1) OD 0,74 a 5,04 mg.L-1, (2) cor verdadeira 58,0 a 203,0 mg Pt.L-1, (3) nitrogênio amoniacal total 0,56 a 3,27 mg.L-1. Foram realizados ensaios de cinética em condições turbulentas, utilizando-se equipamento de Jar Test modificado. Determinou-se experimentalmente o coeficiente de reaeração em laboratório (Ka 20). O Ka 20 variou entre 3,60 e 11,51 d-1, com testes da rotação mínima à rotação máxima do equipamento. Utilizou-se para os experimentos de nitrogênio a rotação mínima do equipamento, condição mais próxima à do Rio. Em intervalos regulares foram coletadas amostras de água para análises de nitrogênio. Foram monitorados os processos de amonificação e nitrificação. Também foi realizado o estudo de desoxigenação, a DBO que variou entre 4,11 e 21,24 mg.L-1. Durante o processo de oxidação biológica, as faixas de variação dos coeficientes foram: (1) desoxigenação (Kd20) 0,12 a 1,05 d-1, (2) amonificação (KNH4+20) e o coeficiente de desaparecimento do nitrogênio amoniacal total (KNH4 20) 0,01 a 0,12 d-1, (3) nitritação (KNO2+20) 0,15 a 0,76 d-1, (4) coeficiente de desaparecimento do nitrito (KNO2 20) 0,19 a 3,36 d-1 e (5) nitração (KNO3+20) 0,08 a 0,17 d-1. Ainda nestas mesmas condições para o nitrogênio, foram monitoradas as bactérias nitrificantes. As Nitrosomonas variaram entre 11 e ≥2400 NMP/100mL, apresentando o mesmo perfil de comportamento da concentração de nitrito, que variou entre 0,04 e 5,60 mg.L-1. As Nitrobacter variaram entre 4 e 1386 NMP/100mL, apresentando também o mesmo perfil de comportamento da concentração de nitrato, que variou entre 0,82 e 3,99 mg.L-1. Os coeficientes cinéticos bioquímicos obtidos foram corrigidos para a temperatura padrão de 20°C. Observou-se o aumento da matéria orgânica no período seco, refletindo sobre o aumento da concentração de grande parte dos parâmetros medidos. Houve correlação positiva entre os coeficientes de nitritação e a vazão, entretanto, a quantidade de Nitrosomonas foi maior no período de seca. Os resultados obtidos de reaeração, amonificação e nitrificação podem ser úteis na modelagem de corpos d água nas condições experimentais semelhantes às do presente estudo.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2018-06-04T14:55:24Z No. of bitstreams: 2 Leandro Fleck.pdf: 1468286 bytes, checksum: 89cca0c76a9f2e0200eb49ec5186fb83 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-04T14:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Leandro Fleck.pdf: 1468286 bytes, checksum: 89cca0c76a9f2e0200eb49ec5186fb83 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / As a direct consequence of industrial development, the generation of organic waste exceeds the levels of the natural capacity for biological degradation. In the field of food production, the cassava starch stands out, because the wastewater coming from the processing of cassava, when not properly treated, results in a deterioration of the ecological balance. The present study aimed to optimize the main operating conditions that directly influence the efficiency of the processes of anaerobic biodigestion, nitrification and denitrification of the wastewater coming from cassava processing. For the anaerobic biodigestion process, an anaerobic reactor of 20 L, operating in a batch system was used. The effects of temperature and total volatile solids from the inoculum (TVSi) on the removal of chemical oxygen demand (COD) and total volatile solids of the reactor (TVSr) were evaluated using a Central Composite Rotational Design (CCRD), being the variables responses simultaneously evaluated by the desirability function. The effluent from the anaerobic biodigestion process was used as affluent for the nitrification of the wastewater. In this stage, an aerated reactor was used, with a useful volume of 4 L and aeration control by rotameter. The air flow and cycle time parameters were controlled, and their effects on the removal of ammoniacal nitrogen and conversion to nitrate were evaluated using a CCRD. The wastewater previously treated under anaerobic and aerobic optimized conditions was used as affluent for the denitrification process, performed under anoxic conditions in a reactor with a useful volume of 2 L, operating in a batch system. The temperature and COD:N ratio were monitored, and their effects on nitrite and nitrate removal were evaluated using a CCRD, with ethanol as the external carbon source. Simultaneous optimization of the response variables were performed using the desirability function technique. For the anaerobic treatment of wastewater, the highest COD removal (96.82%) occurred at 42 °C and 12.0% TVSi. The highest TVSr removal (69.31%) was recorded at 45 °C and 10.0% TVSi. The representative equations of the process are statistically significant at a confidence interval of the 90%. Based on the desirability function, it is observed that the optimum operating condition for the anaerobic reactor is 39.7 °C and 10.8% TVSi. The COD and TVSr removal efficiencies estimated under these operating conditions were 90.45 and 63.12%, respectively. In aerobic conditions, the highest ammoniacal nitrogen removal, of 96.62%, occurred under 24 hours conditions and 0.15 L min-1 Lreactor-1, and the lowest removal, of 24.48%, occurred under conditions of 7,08 hours and 0.15 L min-1 Lreactor-1. The highest conversion to nitrate, of 24.81%, occurred under conditions of 40.92 hours and 0.15 L min-1 Lreactor-1, and the lowest conversion, of 11.65%, occurred under the conditions 7.08 hours and 0.15 L min-1 Lreactor-1. The optimum operating values of the aerated reactor, obtained by the desirability function, are 29.25 hours and 0.22 L min-1 Lreactor-1. The efficiencies of ammoniacal nitrogen removal and conversion to nitrate estimated under these operating conditions were 94.66 and 23.49%, respectively. In anoxic conditions, the highest removals of nitrite and nitrate, 97.38 and 98.70%, occurred under the conditions of 22.50 °C and COD:N ratios of 5.00 and 8.00, respectively. The mathematical models representative of the process are statistically significant for the removal of nitrite and nitrate. The optimum values of temperature and COD:N ratio which result in higher efficiencies of nitrite and nitrate removals, simultaneously, are 24.32 ° C and 5.81, respectively. The nitrite and nitrate removal efficiencies estimated under these operating conditions were 97.46 and 98.70%, respectively. The optimization of the biological treatment of the starch wastewater, considering the interdependence between the steps, proved to be feasible and with satisfactory removal of the different constituents of interest for the process. / Como consequência direta do desenvolvimento industrial, a geração de resíduos orgânicos supera os níveis da capacidade natural de degradação biológica. No âmbito da produção de alimentos, as fecularias de mandioca se destacam, pois a água residuária proveniente do processamento da mandioca, quando não adequadamente tratada, resulta na deterioração do equilíbrio ecológico. O presente estudo teve como objetivo otimizar as principais condições operacionais que influenciam na eficiência dos processos de biodigestão anaeróbia, nitrificação e desnitrificação da água residuária proveniente do processamento da mandioca. Para o processo de biodigestão anaeróbia utilizou-se um reator de 20 L, operando em sistema de batelada. Foram avaliados os efeitos da temperatura e dos sólidos totais voláteis do inóculo (STVi) sobre a remoção da demanda química de oxigênio (DQO) e sólidos totais voláteis do reator (STVr), utilizando um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), sendo as variáveis respostas avaliadas simultaneamente pela função de desejabilidade. O efluente proveniente do processo de biodigestão anaeróbia foi utilizado como afluente para a nitrificação da água residuária. Nesta etapa utilizou-se um reator aerado, com volume útil de 4 L e controle de aeração por rotâmetro. Foram controlados os parâmetros fluxo de ar e tempo de ciclo, avaliando-se seus efeitos sobre a remoção de nitrogênio amoniacal e a conversão a nitrato, utilizando-se um DCCR. A água residuária previamente tratada em condições anaeróbias e aeróbias otimizadas foi utilizada como afluente para o processo de desnitrificação, realizado em condições anóxicas em um reator com volume útil de 2 L, operando em sistema de batelada. Foram controlados os parâmetros temperatura e relação DQO:N, sendo seus efeitos sobre a remoção de nitrito e nitrato avaliados utilizando-se um DCCR, com etanol como fonte externa de carbono. A otimização simultânea das variáveis-respostas foi realizada utilizando a técnica da função de desejabilidade. Para o tratamento anaeróbio da água residuária a remoção mais elevada de DQO (96,82%) ocorreu a 42 °C e 12,0% de STVi. A maior remoção de STVr (69,31%) foi registrada a 45 °C e 10,0% de STVi. As equações representativas do processo são estatisticamente significativas a um intervalo de confiança de 90%. Com base na função de desejabilidade, observa-se que a condição operacional ótima para o reator anaeróbio é de 39,7 °C e 10,8% de STVi. As eficiências de remoção de DQO e STVr estimadas nestas condições operacionais foram de 90,45 e 63,12%, respectivamente. Em condições aeróbias, a maior remoção de nitrogênio amoniacal, de 96,62%, ocorreu nas condições de 24 horas e 0,15 L min-1 Lreator-1, e a menor remoção, de 24,48%, ocorreu nas condições 7,08 horas e 0,15 L min-1 Lreator-1. A maior conversão a nitrato, de 24,81%, ocorreu nas condições de 40,92 horas e 0,15 L min-1 Lreator-1, e a menor conversão, de 11,65%, ocorreu nas condições 7,08 horas e 0,15 L min-1 Lreator-1. Os valores ótimos de operação do reator aerado, obtidos pela função de desejabilidade, são de 29,25 horas e 0,22 L min-1 Lreator-1. As eficiências de remoção de nitrogênio amoniacal e conversão a nitrato estimadas nestas condições operacionais foram de 94,66 e 23,49%, respectivamente. Em condições anóxicas as maiores remoções de nitrito e nitrato, de 97,38 e 98,70%, ocorreram nas condições de 22,50 °C e relações DQO:N de 5,00 e 8,00, respectivamente. Os modelos matemáticos representativos do processo são estatisticamente significativos para remoção de nitrito e nitrato. Os valores ótimos de temperatura e relação DQO:N que resultam em maiores eficiências de remoções de nitrito e nitrato, simultaneamente, são de 24,32 °C e 5,81, respectivamente. As eficiências de remoção de nitrito e nitrato estimadas nestas condições operacionais foram de 97,46 e 98,70%, respectivamente. A otimização do tratamento biológico do efluente de fecularia, considerando a interdependência entre as etapas, mostrou-se viável e com remoção satisfatória dos diferentes constituintes de interesse para o processo.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:42Z (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 2017-07-10T19:23:57Z (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 (N₂), 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⁻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⁻¹.L⁻¹) and phase II was stable (air flow rate of 20 mL.min⁻¹.L⁻¹). Thus, in the tested process conditions, it was inferred that the ideal air flow rate was of 20 mL.min⁻¹.L⁻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 (N₂), 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⁻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⁻¹. A partir disso, foi possível estabelecer o processo de desamonificação nos dois reatores com vazões de ar de 20 e 30 mL.min⁻¹.L⁻¹, em três diferentes fases. As fases I e III foram instáveis (vazão de ar de 30 mL.min⁻¹.L⁻¹), ao passo que a fase II foi estável (vazão de ar de 20 mL.min⁻¹.L⁻¹). Dessa maneira, nas condições de processo testadas, inferiu-se que a vazão de ar de 20 mL.min⁻¹.L⁻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

Este trabalho apresenta uma avaliação dos parâmetros cinéticos, hidrodinâmicos e de transferência de massa de um reator radial aeróbio-anóxico de leito fixo, em escala piloto, com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano e alimentado com efluente de um reator anaeróbio horizontal de leito fixo que tratava esgoto sanitário. Os parâmetros estimados demonstraram que as resistências líquido-sólido e intraparticular afetam significativamente a velocidade global de consumo de oxigênio no sistema de leito fixo e que a agitação mecânica pode minimizar essas resistências. Os valores de (KLA), para velocidades superficiais de ar entre 0,14 e 0,95 cm.s-1, variaram na faixa de 20,8 e 58,8 h-1 para água do sistema de abastecimento público, e 16,8 a 53,0 h-1 para esgoto pré-tratado anaerobiamente. A velocidade intrínseca de consumo de oxigênio foi estimada em 19,9 mgO2.g SSV-1.h-1. A velocidade de remoção de DQO pôde ser representada pelo modelo cinético de primeira ordem com residual e a conversão de nitrogênio seguiu modelo de reações em série, de pseudo-primeira ordem, com valores das constantes cinéticas k1 e k2 iguais a 0,251 h-1 e 6,624 h-1, respectivamente. O comportamento hidrodinâmico pôde ser representado pelo modelo de 3 e 4 tanques de mistura completa em série. Foi possível promover a nitrificação e desnitrificação no reator radial aeróbio-anóxico mantido parcialmente aerado, com tempos de detenção hidráulica de 3,3 horas na zona aeróbia e 2,7 horas na zona anóxica, e com adição de etanol como fonte externa de carbono. O efluente apresentou valor médio da DQOf de 52 mg O2.l-1, e concentrações de 2 mg N.l-1, 1,24 mg N.l-1 e 3,46 mg N.l-1, respectivamente, para nitrogênio amoniacal, nitrito e nitrato. / The assessment of hydrodynamics, mass transfer and kinetic parameters of a pilot fixed bed reactor containing immobilized biomass in polyurethane matrices and fed with the effluent of a horizontal-flow fixed bed anaerobic reactor that treated domestic sewege is presented. For oxygen, the estimated parameters showed that the liquid-solid and intra-particles resistances significantly affected the global substrate consumption velocity. It was also found that mechanical agitation can minimize such resistances. The KLA values for superficial velocities between 0.14 and 0.95 cm.s-1 varied from 20.8 to 58.8 h-1 for tap water, and 16.8 to 53.0 h-1 for the anaerobic pre-treated effluent. The oxygen consumption intrinsic velocity was estimated in 19.9 mgO2.gSSV-1.h-1. The COD removal velocity could be represented by a first order kinetic model with residual, while nitrogen conversion followed an also a first order reactions in series model, with kinetic constants k1 and k2 of 0.25 h-1 and 6.62 h-1, respectively. The hydrodynamics behavior could be represented by the model of three to four completely mixed reactors in series. It was possible to promote nitrification and the denitrification in the radial reactor kept partially aerated and operated at hydraulics detention times of 3.3 hours and 2.7 hours in the aerobic and anoxic zones, respectively. The radial reactor effluent presented COD of 52 mg.l-1, based on filtered samples, and concentrations of 2 mg N.l-1, 1.24 mg N.l-1, and 3,46 mg N.l-1 for ammonia nitrogen, nitrite and nitrate, respectively.

Um Reator com Aeração Intermitente e Leito Estruturado (RAILE) foi testado como pós- tratamento de UASB tratando efluente doméstico. O RAILE foi submetido a ciclos de uma hora de aeração e duas de anoxia, visando obtenção de Nitrificação e Desnitrificação Simultâneas (NDS) para remoção de nitrogênio. A recirculação aplicada foi de 3 vezes a vazão de entrada, para equalização da qualidade do efluente. O reator tem formato cilíndrico e seu meio suporte é espuma de poliuretano na forma de cilindros dispostos verticalmente, suportados por hastes de cloreto de polivinila (PVC) presas nas extremidades. O estudo foi dividido em duas fases em que o RAILE recebeu efluentes de UASB com diferentes relações de DQO/N-Total. Na primeira fase a relação foi 2,44 e na segunda fase a relação foi 4,01. As remoções de N-Total foram 23,7% e 65,3%, respectivamente para primeira e segunda fase. As remoçôes de DQO para todo o sistema foram 94,8%, para a primeira fase, e 93,4%, para a segunda fase. A alcalinidade se mostrou um parâmetro efetivo pra monitorar a ocorrência de NDS. Embora tenha se mostrado viável como pós-tratamento de UASB em sistemas tratando efluente doméstico, a relação DQO/N-Total precisa ser controlada para garantir o processo de NDS / A Structured Bed Intermittently Aerated reactor (SBIA) was tested as post-treatment for UASB treating domestic wastewater. The SBIA underwent cycles of one hour of aeration and two hour of anoxia to obtain Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) for the removal of nitrogen. The recirculation flow applied was 3 times the input flow to equalize the effluent quality. The reactor had a cylindrical shape and its support medium is polyurethane foam in the form of cylinders arranged vertically, supported by polyvinyl chloride (PVC) rods attached at the ends. The study was divided into two stages in which the SBIA received the UASB reactor effluent with different COD/Total-N ratios. The first COD/Total-N ratio was 2,44 and the second was 4,01. The removal of N-total were 23.7% and 65.3% respectively for the first and second stages. The removal of COD, in all the system, was 94.8% for the first stage and 93.4% for the second stage. The alkalinity proved to be an effective parameter to monitor the occurrence of SND. Although the SBIA proved to be feasible as post-treatment of UASB systems treating domestic wastewater the ratio COD/N-total must be controlled to ensure the process of SND