Esta pesquisa objetivou enriquecer biomassa capaz de realizar a oxidação anaeróbia do amônio (anammox) utilizando inóculo proveniente de reator nitrificante-desnitrificante, com a finalidade de estabelecer biofilme nitrificante-anammox em reator de leito fixo. O enriquecimento foi realizado em reator operado em bateladas sequenciais (RBS), com volume útil de 5 L e tempo de ciclo, inicialmente, de 56 h, e depois, sem tempo predeterminado (estratégias I e II). Após 89 dias de operação, 27,2 mg de \'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\'/L e 32,1 mg de \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L foram consumidos concomitantemente. A estratégia III consistiu de batelada alimentada com ciclos de sete dias com afluente contendo 210 mg de cada composto nitrogenado. Na última estratégia (IV) a operação foi com ciclos de 24 h. Nessa etapa, a carga nitrogenada aplicada (CNA) foi aumentada de 155 g de \'N\' (\'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\' \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\')/\'M POT.3\' dia para 1.405,7 g de \'N\'/\'M POT.3\' dia com eficiências de conversão de nitrogênio de 91,7% e 98,0%, respectivamente. Essa biomassa foi inoculada em reator de leito fixo ascendente (RLF) visando estabelecimento da biomassa anammox em meio suporte (PEBD). Sob tais condições foi obtido eficiência de conversão de nitrogênio de 97,6% e carga nitrogenada removida média de 598,5 \'+ OU -\' 22,5 g \'N\'/\'M POT.3\' dia. Após estabelecimento de biomassa anammox, foi adicionado lodo ativado da indústria Volkswagen (São Carlos-SP) para formação de biofilme nitrificante-anammox. Nessa fase, a remoção de nitrogênio foi de 19,2% para CNA de 112,2 g \'N\'/\'M POT.3\' dia. A atividade anammox específica máxima foi 33,5 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/g SSV h com a biomassa submetida à 50 rpm. Paralelamente ao processo de enriquecimento, foi verificada a influência de micronutrientes em condições nitrificantes em três quimiostatos, nas seguintes condições: Q1 alimentado com meio contendo solução de micronutrientes completa, Q2 alimentado sem solução de micronutrientes e Q3 alimentado com solução de micronutrientes sem o elemento Boro (quimiostato experimental). Nas três condições a estabilidade foi atingida com 11 dias de operação com conversão média de nitrogênio amoniacal de 99 \'+ OU -\' 1,5%, 94,6\'+ OU -\' 6,3% e 93,3\'+ OU -\' 7,3%, para Q1, Q2 e Q3, respectivamente, para 79 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L afluente. Após 450 dias de operação do RBS foi constatado semelhança do clones com Brocadia anammoxidans, Planctomycetes, Proteobacteria, Chlorobi, Nitrospira, filo Chloroflexi e ao filo candidato OP 11. A composição microbiana encontrada no RLF com 139 dias de operação (final da fase anammox) foi de 48% dos clones relacionados à B. anammoxidans, 4% relacionados à Planctomycetes não cultivados, 12% relacionados à Proteobacteria, 8% relacionados à Chlorobi, 24% relacionados à Nitrospira, 4% relacionados ao filo Chloroflexi. Pode-se concluir que a biomassa aderida em PEBD selecionou positivamente microrganismos anammox e Nitrospira e negativamente aos filamentos relacionados ao filo Chloroflexi. / This research aimed to enhance biomass capable of performing anaerobic ammonia oxidation (anammox) using inoculum from nitrifying-denitrifying reactor, with the goal of establishing nitrifying-anammox biofilm in fixed bed reactor. The enrichment was performed in sequencing batch reactor (SBR), with a volume of 5 L and cycle time, initially, 56 h, and then, without pre-set time (strategies I and II). After 89 operation days, 27.2 mg \'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\'/L and 32.1 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L were consumed concomitantly. The strategy consisted of fed batch III with seven days cycles with influent containing 210 mg of each nitrogen compound. The last strategy (IV) was with 24 h/cycle. At this strategy, the nitrogen applied load (NAL) was increased from 155 \'N\' (\'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\' + \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\')/\'M POT.3\' to 1405.7 g \'N\'/\'M POT.3\' day with conversion efficiencies of 91.7% nitrogen and 98.0%, respectively. This biomass was inoculated into fixed bed reactor up (FBR) in order to establish the anammox biomass in support medium (LDPE). Under such conditions was obtained nitrogen conversion efficiency of 97.6% and nitrogen load removed an average of 598.5 \'+ OU -\' 22.5 g \'N\'/\'M POT.3\' day. After establishment of anammox biomass it was added activated sludge - Volkswagen industry (São Carlos-SP) - for nitrifying-anammox biofilm. At that stage the removaI of nitrogen was 19.2% to 112.2 g CNA \'N\'/\'M POT.3\' day. Simultaneously to enrichment process, was verified the influence of micronutrients in nitrifying conditions in three chemostats, as follows: Q1 fed with medium containing micronutrients solution complete feeds without Q2 and Q3 micronutrients solution fed micronutrients solution without the element Boron (chemostat experiment). In the three conditions stability was achieved with 11 days of operation with average conversion of ammonia nitrogen of 99 \'+ OU -\' 1.5%, 94.6 \'+ OU -\' 6.3% and 93.3 \'+ OU -\' 7.3% for Q1, Q2 and Q3 respectively for 79 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L. After 450 days of operation of the RBS was found similarity of clones with Brocadia anammoxidans, Planctomycetes, Proteobacteria, Chlorobi, Nitrospira, Chloroflexi phyla and candidate phylum OP 11. The microbial composition found in the FBR with 139 days of operation (end of anammox phase) was 48% of clones related to B. anammoxidans, 4% related to uncultured Planctomycetes, Proteobacteria related to 12%, 8% related to Chlorobi, 24% related to Nitrospira, 4% related to the phylum Chloroflexi. It can be concluded that biomass adhered to LDPE selected anammox microorganisms and Nitrospira positively, and negatively to the filaments related to the Chloroflexi phylum.

Tendo em vista a crescente problemática quanto à eutrofização de corpos dágua em países em desenvolvimento, devido ao lançamento de esgoto mesmo que tratado em nível secundário, o processo de lodo ativado vem sendo estudo e aprimorado para efetuar a remoção conjunta de matéria orgânica, nitrogênio e o fósforo, nutrientes limitantes para ocorrência da eutrofização. Neste contexto, o presente trabalho pretende contribuir com informações quanto à remoção biológica de nutrientes de esgoto sanitário através de estudo em escala piloto em um sistema cíclico de lodo ativado. Este sistema, operado em regime de bateladas sequenciais, difere da configuração habitual, pois possui três compartimentos internos, zonas 1, 2 e 3 que apresentam condições anaeróbias/anóxicas, anóxicas e aeróbias respectivamente, além do retorno de lodo da zona 3 para zona 1 durante o período de reação, sob vazão de 20% da vazão afluente a unidade. Cada batelada possui duração de 4 horas, distribuídas em 4 etapas de 1h cada, sendo elas o enchimento com aeração, reação, sedimentação e descarga. Com essas características o sistema cíclico de lodo ativado do presente estudo, demonstrou no tratamento de esgoto sanitário, elevada eficiência na remoção de matéria orgânica, sempre acima de 90%, além da boa eficiência de remoção nitrogênio através do processo de nitrificação e desnitrificação, cuja concentração média de amônia e nitrato no efluente final foram respectivamente de 2,8 e 11,4 mgN.L-1 para idade de lodo de 25 dias e quando operado com 12 dias de idade, o efluente apresentou concentração de 6,6 e 12,4 mgN.L-1. Também foram determinadas via respirometria as taxas máximas de crescimento (n,max) para bactérias nitrificantes e nitratantes, os valores obtidos foram respectivos, de 0,45 d-1 e 0,37 d-1 para idade de lodo de 12 dias, resultados próximos a literatura. A remoção biológica de fósforo foi obtida com melhor resultado na segunda etapa, superando 95% de eficiência, produzindo efluente final com teor de fósforo total inferior a 0,5 mgP.L-1. / Given the growing problem regarding the eutrophication of water bodies in developing countries, due to discharge of sewage treated even at the secondary level, the activated sludge process has been enhanced to study and perform the joint removal of organic matter, nitrogen and phosphorus, the limiting nutrient for the occurrence of eutrophication. In this context, this work aims to contribute information for biological nutrient removal from wastewater by pilot scale study in a cyclic activated sludge system. This system operated in sequential batch system differs from typical configuration because it has three internal compartments, zones 1, 2 and 3 show that anaerobic / anoxic, aerobic and anoxic respectively, beyond the conditions of return sludge from zone 3 to zone 1 during the reaction, flow rate under 20% of the influent flow unit. Each batch has a duration of 4 hours, distributed into 4 stages each 1H, they aeration and filling, reaction, settling and discharge. With these characteristics the cyclic activated sludge system of the present study showed for the treatment of sewage, high efficiency in the removal of organic matter, always above 90%, besides the good efficiency of nitrogen removal by nitrification and denitrification, which average concentration of ammonia and nitrate in the final effluent were respectively 2.8 and 11.4 mgN.L-1 for sludge age of 25 days, when operated at 12 days of age, the effluent showed a concentration of 6.6 to 12 4 mgN.L-1. Were also determined via respirometry maximum growth rates (n, max) for nitrifying bacteria and nitratantes, the respective value obtained were, 0.45 d-1 and 0.37 d-1 for sludge age of 12 days, results Nearby literature. Biological phosphorus removal was obtained with better results in the second stage, surpassing 95% efficiency, producing the final content of the effluent below 0.5 mgP.L-1 total phosphorus.

Grazing pasture is a major system of livestock production in many countries and it has been identified as an important source of N2O from urine deposition on soils. The aim of this study was to determinate the N2O emissions from soil after urine deposition and the emission factor, in addition, determine how temperature and water content of the soil influence these emissions. We also intended to study a potential of mitigation using nitrification inhibitors. Soil and gas samples were collected in traditional livestock areas in Brazil and UK to evaluate the N2O emission dynamics under field conditions. In addition, incubation experiments were conducted to evaluate how temperature and water content affect N2O emissions in the soil and to study the potential mitigation on N2O emission from the soil after urine application, using two distinct nitrification inhibitors. In the field experiment, the N2O emission factor for cattle urine was 0.20% of the applied urine N in Brazil and 0.66% for the UK conditions. The incubation experiments showed the N2O emissions after urine application are higher in soils with high moisture and high temperature. The nitrification inhibitor effectiveness was not statistically significant, however had shown some N2O emission absolute reductions among 6% to 33% comparing with urine only application on the soil. Various physical and biological factors can be influence the effectiveness of the products. It confirmed that urine deposition can contribute to N2O emission from the soil and the temperature and water content can markedly increase these emissions. The nitrification inhibitors have a potential mitigation effect since some decreased emissions of almost 40%. The results in this study are pioneers and can be used as a basis for more complex evaluations and to help with determining the carbon footprint of beef production worldwide / Considerado o maior sistema de produção animal em muitos países, as pastagens tem sido identificadas como uma importante fonte de emissão de N2O, devido à deposição de urina ao solo. O objetivo deste estudo foi determinar as emissões de N2O do solo após a deposição de urina e seu fator de emissão, além disso, determinar como temperatura e teor de água do solo influenciam as emissões. Pretendeu-se também estudar o potencial de mitigação das emissões de N2O usando inibidores de nitrificação. Amostras de solo e de gás foram coletadas em áreas tradicionais de pastagens do Brasil e do Reino Unido para avaliar a dinâmica das emissões de N2O. Experimentos de incubação também foram realizados para avaliar a influência de fatores como temperatura e teor de água no solo nas emissões, além de avaliar o potencial de redução das emissões de N2O do solo após a aplicação da urina, utilizando dois inibidores de nitrificação. Nos experimentos de campo realizados no Brasil e no Reino Unido, o fator de emissão do N2O para a urina foi de 0,20% e 0,66% do nitrogênio na forma de urina bovina aplicada, respectivamente. Nos experimentos de incubação, as emissões de N2O após a aplicação de urina foram maiores em solos com alta umidade e alta temperatura. A eficácia no uso dos inibidores de nitrificação não foi estatisticamente significativa, no entanto mostrou uma redução absoluta entre 6% a 33% nas emissões de N2O comparado com a aplicação de apenas urina ao solo. Vários fatores físicos e biológicos podem ter influenciado a eficácia dos produtos. Dessa forma, confirma-se que a deposição de urina pode contribuir para a emissão de N2O do solo e que a temperatura e o teor de água no solo podem aumentar consideravelmente essas emissões. Os inibidores de nitrificação podem ser usados como um potencial de mitigação, já que houve redução em termos absolutos de quase 40% nas emissões. Os resultados encontrados neste estudo são pioneiros e poderão ser utilizados como base para avaliações mais complexas e contribuir para a determinação da pegada de carbono na produção de carne mundial

O aumento na produção de carne bovina aumentou a concentração e volume dos resíduos líquidos produzidos durante seu beneficiamento, conhecidos como água residuária de matadouros (ARMV). Isso vem estimulando o desenvolvimento de processos que operem em alta carga com alta eficiência para seu tratamento. Visto o exposto, objetivou-se avaliar um sistema de tratamento para a ARMV operando em condições anaeróbia/aeróbia/anóxica de forma conjugada visando a remoção de matéria orgânica, nutrientes e toxidade. As unidades que compunham o sistema estudado eram três reatores com biofilme denominados: Reator Anaeróbio Híbrido (RAH), Reator Aeróbio de Leito Móvel (MBBR) e Reator Anóxico com Biofilme (RAB). A ARMV in natura era coletada em um frigorífico e matadouro bovino do vale do Paraíba e caracterizada em termos físicos, químicos e toxicológicos a nível agudo e crônico. O experimento durou aproximadamente 370 dias, operando sob variações de carga orgânica. A coleta ao longo do sistema foi feita semanalmente e as amostras caracterizadas em termos físico-químicos e toxicológicos tanto a nível agudo quanto crônico. Nos reatores RAH, MBBR e RAB foram realizadas testes hidrodinâmicos em condições abiótico e biótico, respectivamente. Com os dados obtidos nas três fases estudadas foram levantados os parâmetros cinéticos de crescimento da biomassa dispersa, além da caracterização microbiológica da mesma e do biofilme. Os resultados obtidos com base na caracterização físico-química e toxicológica da ARMV, in natura, revelaram altas concentrações em toda série de sólidos, de ácidos voláteis totais, alcalinidades, macro e micronutrientes, matéria orgânica em termos de DBO520°C e DQO nas formas total, solúvel e particulada e também de COD. Apresentou-se como um efluente extremamente tóxico a nível agudo para os organismos, bactérias P. putida e E. coli e microcrustaceo D. similis, e extremamente tóxico a nível crônico para os organismos, microcrustaceios C. silvestri e C. dúbia, bactérias E. coli e P putida e alga P. subcaptata. Com base nos testes toxicológicos, concluiu-se que os microcrustaceos e algas foram mais sensíveis as toxinas da ARM testada que as bactérias. O reator RAH operando sob choques orgânicos demonstrou ótimo desempenho operacional. As cargas orgânicas (COV) aplicadas ao RAH foram 608,9; 3.030,4 e 9.581,5 mg L-1 d-1 em termos de DQO para as fases I, II e III, estatisticamente diferente entre si. Apresentando para as três fases eficiências estatisticamente iguais. O reator MBBR operando sob choques orgânicos demonstrou ótimo desempenho operacional. As cargas orgânicas (COV) aplicadas ao MBBR foram 286,5; 2085,2 e 3889,6 mg L-1 d-1 em termos de DQO para as fases I, II e III, estatisticamente diferente entre si. Apresentando para as fases I, II e III eficiências de 76,9%; 60% e 81%, respectivamente, e estatisticamente iguais. Conclui-se com a pesquisa realizada que os reatores RAH e MBBR foram capazes de absorver choques orgânicos e hidráulicos submetidos a biomassa mantendo-se em altos valores de eficiência. O reator MBBR também apresentou bom desempenho no processo de nitrificação com eficiências de 61,2%; 68,1%; 50,7% para as fases I, II e III, respectivamente. A concentração média de OD de 3 mg L-1 mantida no MBBR apresentou-se acima do suficiente. O reator RAB operando sob choques orgânicos demonstrou ótimo desempenho operacional. As cargas orgânicas (COV) aplicadas ao RAB foram 194,9; 1769,1 e 2230,6 mg L-1 d-1 em termos de DQO para as fases I, II e III, estatisticamente diferente entre si. As fases I, II e III apresentaram eficiências de 70,7%; 46,4% e 69,8%, respectivamente, e estatisticamente, iguais entre as fases I e III. Em termos de toxidade, os parâmetros estudados nas fases I e II, mostraram-se ideais para remoção de toxidade, sendo que no final de ambas a ARM tratada apresentou-se livre de toxidade a nível agudo e crônico. Os reatores RAH, MBBR e RAB demonstraram ótimo desempenho hidrodinâmico e cinético. Concluiu-se que o sistema anaeróbio/aeróbio/anóxico estudado foi eficiente no tratamento da ARMV, aliando condições de fácil monitoramento, rapidez no processo e ótimo desempenho. / Development in bovine meat production has increased volume and concentration of liquid residues produced during their improvement, known as slaughterhouses wastewaters (SW). This fact has been stimulating the develpment of processes operating in highly charge and efficience for their treatment. As seen, we focused to develop a treatment system for the SW operating in a anaerobic/aerobic/anoxic condition in a conjugated form, aiming the remotion of organic matter, nutrients and toxicity. The units evolving the studied system were three biofilms reators named: Anaerobic Hibrid Reactor (AHR), Moving Bed Biofilm Reactors (MBBR), and Anoxic Biofilm Reactor (AnBR). The SW in natura was collected in the slaughterhouse of the Paraíba Valley, and were characterized in physical, chemical and toxically in a highly sharp and cronically levels. The experiment has lasted for 370 days, operating under organic load rate (OLR). The withdraws along the system were done weekly and the samples were characterized in physical-chemical and toxicological terms and in both sharp and cronical ways. Hidrodinamic tests were realized in reactors AHR, MBBR and AnBR in abiotic and biotic condictions, repectivelly. With the data obtained in the three studied phases, knetics parameters were collected for the dispersal biomass, besides its biofilm and biomass characterization. The results, based on SW physico - chemical and toxicological characterization, showed high concentrations in all solids series, in total volatic acids, alcalinity, macro and micro nutrients, organic matter in terms of BOD520°C and COD in their solute and particulate forms and also in DOC. It was presented as highly toxix effluent in a sharp level for organisms, bacteria P. putida ans E. coli, and D. similis microcrustacean. And extremely toxic to organisms chronic C. silvestri and C. dúbia microceustacean and P. subcaptata algae. According with toxicological tests it was concluded that the microcrustaceos and a algae were more sensitive to the SSW toxines than bacteria. The AHR reator operating under organic shocks showed excelent operational development. The OLR applied to the AHR were 608.9; 3,030.4 and 9,581.5 mg L-1 d-1 in terms of COD for the phases I, II, III, statiscally different among it, showing for the three phases scores of 76,9%; 60% and 81%, respectivelly, and the same, statistically speaking. We may conclude with this research that the AHR and AMBR reators were capable to absorb hidraulic and organic shocks submitted to biomass keeping high levels of efficiency. The MBBR reator has shown also a good performance in nitrification process, scoring 61.2%; 68.1%; 50.7% in effectiveness for phases I, II and III, respectively. The average DO concentration of 3 mg L-1 maintained in MBBR showed over sufficience. The AnBR reator under organic shocks showed highly operational performance. The OLR applied to AnBR were 194.9; 1,769.1 e 2,230.6 mg L-1 d-1 in terms of COD for the phases I, II, III statistically different among them. The phases I, II, III presented efficiences of 70.7%; 46.4% and 69.8%, respectively, and statiscally the same between phases I and III. In terms of toxicity, the studied parameters in phases I and II showed to be ideal to remove the toxicity from both sharp and chronical levels. The reators AHR, MBBR and AnBR showed excelent hidraulic and kinetic performances. We may conclude that the studied anaerobic/aerobic/ anoxic system was efficient in the treatment of SW, joining, easy feasible conditions, velocity in processing and high performance.

A estrutura das comunidades de arquéias e bactérias amônio oxidantes (AOA e AOB, respectivamente) e de bactéria fixadoras de nitrogênio de vida livre (BFNVL) foi avaliada em amostras de solo coletadas em três áreas de Mata Atlântica do Estado de São Paulo (Santa Virgínia, Picinguaba e Restinga) por meio de metodologias independentes de cultivo. Após a extração do DNA do solo, o perfil das comunidades de AOA, AOB e BFNVL foi acessado por PCR-DGGE e seus respectivos genes, amoA, 16S DNAr e nifH, quantificados por meio de qPCR. Além disso, foi realizado o pirosequenciamento do gene 16S DNAr da região V3 em arquéias e da região V4 de bactérias. Os dados foram submetidos às análises de redundância (RDA) e similaridade (ANOSIM) e ao teste de Mantel. Foram observadas diferenças significativas na estrutura das comunidades de AOA, AOB e BFNVL, sugerindo que a cobertura vegetal, assim como os atributos físico-químicos do solo, influencia a atividade destes micro-organismos nas três áreas. Santa Virgínia e Picinguaba apresentaram maior abundância de AOA e AOB, sendo AOA proporcionalmente mais abundante do que AOB em todas as áreas. Já as comunidades de BFNVL foram mais abundantes em Santa Virgínia e Restinga. A diversidade das comunidades de Crenarchaeota foi similar entre as áreas, porém, Picinguaba revelou maior diversidade de unidades taxonômicas operacionais (UTOs). Este trabalho possibilitou uma primeira exploração da diversidade e abundância das comunidades de AOA, AOB e BFNVL nos solos de Mata Atlântica do Estado de São Paulo, sendo que as informações obtidas poderão auxiliar futuros estudos sobre o entendimento do papel destas comunidades no ciclo global do nitrogênio na Terra. / The community structure of ammonia-oxidizing archaea and bacteria (AOA and AOB, respectively) and free-living nitrogen-fixing bacteria was evaluated in soil samples collected in three areas of Atlantic forest of São Paulo (Santa Virgínia, Picinguaba and Restinga) using culture-independent molecular techniques. After DNA extraction from the soil samples, AOA, AOB and BFNVL profiles were accessed by PCR-DGGE, and their respective genes (amoA, nifH and 16S rDNA) were quantified by qPCR. In addition, it was performed the pyrosequencing of the 16S rDNA variable V3 and V4 regions of archaea and bacteria, respectively. The data were subjected to redundancy analysis (RDA); analysis of similarity (ANOSIM); and the Mantel test. There were significant differences in the AOA, AOB and BFNVL community structure, suggesting that the vegetation cover and the physical and chemical attributes of soil influences the activity of these micro-organisms from the three areas. AOA and AOB were more abundant in Santa Virginia and Picinguaba, and AOA was more abundant than AOB in all areas. On the other hand, BFNVL communities were more abundant in Santa Virginia and Restinga. The diversity of Crenarchaeota communities was similar among the three areas, however, Picinguaba revealed greater diversity of operational taxonomic units (OTUs). This study allowed the first evaluation of the diversity and abundance of AOA, AOB and free-living nitrogen-fixing bacteria communities in the soils of the Atlantic Forest of the São Paulo State, Brazil. The information obtained here will support future studies focused on the role of these communities in the global nitrogen cycle on Earth.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-09-04T17:31:07Z No. of bitstreams: 1 TESE_Viviane Figueiredo Souza versão final.pdf: 1973892 bytes, checksum: 8b1ac31fbe25c8a6584e68f8e3b8ff71 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-04T17:31:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_Viviane Figueiredo Souza versão final.pdf: 1973892 bytes, checksum: 8b1ac31fbe25c8a6584e68f8e3b8ff71 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / O nitrogênio (N) é um elemento imprescindível para todos os organismos do nosso planeta, entretanto o composto nitrogenado mais abundante, o gás dinitrogênio (N2), é assimilável apenas por poucos micro-organismos. Isso torna o N limitante, refletindo na sua disponibilização via mineralização de matéria orgânica (MO) e a nitrificação, que produzem amônio (NH4+) e nitrato (NO3-), respectivamente. Em solos, esses processos são regulados por fatores como conteúdo de MO e água no solo, pH e temperatura. Em ecossistemas florestais, tropicais e boreais, esses processos são muito relevantes e ainda pouco estudados, principalmente em áreas de floresta secundária sob influência de manejo. A mudança de uso do solo causa alterações na ciclagem e disponibilidade do N, nos fatores reguladores, e na emissão de óxido nitroso (N2O), um gás de efeito estufa. Padrões de recuperação florestal são bastante distintos entre diferentes florestas tropicais, como visto para floresta de Mata Atlântica e Amazônica, com taxas de mineralização em florestas jovens (10 anos) muito elevadas na Amazônia (20,9 μg N g-1 SWD d-1) e mais baixas na Mata Atlântica (3,2 μg N g-1 SWD d-1). Já a nitrificação teve um padrão semelhante, com baixas taxas em ambas as florestas jovens (0,6 6,8 μg N g-1 SWD d-1 na Mata Atlântica e Amazônia, respectivamente), o que indica uma ciclagem de N conservativa, evitando perdas via emissão de gás e lixiviação de NO3-. Entretanto, a emissão de N2O em área de restauração na Mata Atlântica foi maior do que na pristina (22 e 2,5 μg N2O-N g-1 SWD h-1, respectivamente) devido à maior temperatura do solo que estimula os processos microbianos produtores de N2O. Em termos de floresta pristina, a taxa de nitrificação foi bastante distinta entre a floresta de Mata Atlântica e Amazônica (0,08 e 15,9 μg N2O-N g-1 SWD h-1, respectivamente). Isso evidencia os diferentes fatores reguladores de cada região tropical, como regime de chuvas, composição vegetal, tipos de solo, etc. Em florestas boreais, foi visto que o conteúdo de MO e água do solo e o pH do solo são os principais reguladores, limitando a disponibilidade de N em florestas bem drenadas dominadas por coníferas, em comparação com florestas pouco drenadas dominadas por turfa. Dessa forma, verificamos que a mineralização e, principalmente, a nitrificação, são processos muito relevantes no controle de N, e mesmo em ecossistemas diferentes, os fatores reguladores muitas vezes são os mesmos. Isso evidencia a necessidade de mais estudos acerca da dinâmica do N nesses ambientes, principalmente em florestas em restauração / Nitrogen (N) is an essential element for all organisms; however, the most abundant nitrogen compound, dinitrogen (N2), is assimilable only by a few microorganisms. This makes N limiting, which reflects in its availability via organic matter (OM) mineralization and nitrification, which produce ammonium (NH4+) and nitrate (NO3-), respectively. In soils, these processes are regulated by factors such as OM and soil water content, pH and temperature. In forest ecosystems, tropical and boreal, these processes are very relevant and still poorly understood, especially in secondary forest previously deforested. The land use change causes alterations in cycling and availability of N, regulating factors, and emission of nitrous oxide (N2O), a greenhouse gas. Forest recovery patterns are quite distinct among different rainforests, as seen for Atlantic and Amazon rainforest, with very high levels of mineralization in young forests (10 years) in Amazonia (20.9 μg N2O-N g-1 SWD h-1) and low in the Atlantic Forest (3.2 μg N2O-N g-1 SWD h-1). Nitrification had a similar pattern between them, with low rates in both young forests (0.6 and 6.8 μg N2O-N g-1 SWD h-1 in the Atlantic and Amazon forest, respectively), indicating a conservative N cycling, avoiding losses through gas emission and NO3- leaching. However, the N2O emission in restoration area in the Atlantic Forest was higher than in pristine (22 and 2.5 μg N2O-N g-1 SWD h-1, respectively) due to the higher soil temperature, which stimulates microbial production of N2O. In terms of pristine forest, the nitrification rate was very different between the Atlantic forest and Amazonian forest (0.08 and 15.9 μg N2O-N g-1 SWD h-1, respectively), showing the different regulatory factors of each tropical region, such as rainfall regime, vegetal composition, soil types, etc. In boreal forests, OM, soil water content and soil pH were the main regulators, limiting the availability of N in conifer-dominated well-drained forests compared to peat-dominated poorly drained forests. In this way, we verified that mineralization and, mainly, nitrification are very relevant processes in the control of N, and even in extremely different ecosystems, the regulating factors are often the same. This evidences the need for more studies about N dynamics in these environments, especially in restoration forests

Tendo em vista a crescente problemática quanto à eutrofização de corpos dágua em países em desenvolvimento, devido ao lançamento de esgoto mesmo que tratado em nível secundário, o processo de lodo ativado vem sendo estudo e aprimorado para efetuar a remoção conjunta de matéria orgânica, nitrogênio e o fósforo, nutrientes limitantes para ocorrência da eutrofização. Neste contexto, o presente trabalho pretende contribuir com informações quanto à remoção biológica de nutrientes de esgoto sanitário através de estudo em escala piloto em um sistema cíclico de lodo ativado. Este sistema, operado em regime de bateladas sequenciais, difere da configuração habitual, pois possui três compartimentos internos, zonas 1, 2 e 3 que apresentam condições anaeróbias/anóxicas, anóxicas e aeróbias respectivamente, além do retorno de lodo da zona 3 para zona 1 durante o período de reação, sob vazão de 20% da vazão afluente a unidade. Cada batelada possui duração de 4 horas, distribuídas em 4 etapas de 1h cada, sendo elas o enchimento com aeração, reação, sedimentação e descarga. Com essas características o sistema cíclico de lodo ativado do presente estudo, demonstrou no tratamento de esgoto sanitário, elevada eficiência na remoção de matéria orgânica, sempre acima de 90%, além da boa eficiência de remoção nitrogênio através do processo de nitrificação e desnitrificação, cuja concentração média de amônia e nitrato no efluente final foram respectivamente de 2,8 e 11,4 mgN.L-1 para idade de lodo de 25 dias e quando operado com 12 dias de idade, o efluente apresentou concentração de 6,6 e 12,4 mgN.L-1. Também foram determinadas via respirometria as taxas máximas de crescimento (n,max) para bactérias nitrificantes e nitratantes, os valores obtidos foram respectivos, de 0,45 d-1 e 0,37 d-1 para idade de lodo de 12 dias, resultados próximos a literatura. A remoção biológica de fósforo foi obtida com melhor resultado na segunda etapa, superando 95% de eficiência, produzindo efluente final com teor de fósforo total inferior a 0,5 mgP.L-1. / Given the growing problem regarding the eutrophication of water bodies in developing countries, due to discharge of sewage treated even at the secondary level, the activated sludge process has been enhanced to study and perform the joint removal of organic matter, nitrogen and phosphorus, the limiting nutrient for the occurrence of eutrophication. In this context, this work aims to contribute information for biological nutrient removal from wastewater by pilot scale study in a cyclic activated sludge system. This system operated in sequential batch system differs from typical configuration because it has three internal compartments, zones 1, 2 and 3 show that anaerobic / anoxic, aerobic and anoxic respectively, beyond the conditions of return sludge from zone 3 to zone 1 during the reaction, flow rate under 20% of the influent flow unit. Each batch has a duration of 4 hours, distributed into 4 stages each 1H, they aeration and filling, reaction, settling and discharge. With these characteristics the cyclic activated sludge system of the present study showed for the treatment of sewage, high efficiency in the removal of organic matter, always above 90%, besides the good efficiency of nitrogen removal by nitrification and denitrification, which average concentration of ammonia and nitrate in the final effluent were respectively 2.8 and 11.4 mgN.L-1 for sludge age of 25 days, when operated at 12 days of age, the effluent showed a concentration of 6.6 to 12 4 mgN.L-1. Were also determined via respirometry maximum growth rates (n, max) for nitrifying bacteria and nitratantes, the respective value obtained were, 0.45 d-1 and 0.37 d-1 for sludge age of 12 days, results Nearby literature. Biological phosphorus removal was obtained with better results in the second stage, surpassing 95% efficiency, producing the final content of the effluent below 0.5 mgP.L-1 total phosphorus.

O aumento na produção de carne bovina aumentou a concentração e volume dos resíduos líquidos produzidos durante seu beneficiamento, conhecidos como água residuária de matadouros (ARMV). Isso vem estimulando o desenvolvimento de processos que operem em alta carga com alta eficiência para seu tratamento. Visto o exposto, objetivou-se avaliar um sistema de tratamento para a ARMV operando em condições anaeróbia/aeróbia/anóxica de forma conjugada visando a remoção de matéria orgânica, nutrientes e toxidade. As unidades que compunham o sistema estudado eram três reatores com biofilme denominados: Reator Anaeróbio Híbrido (RAH), Reator Aeróbio de Leito Móvel (MBBR) e Reator Anóxico com Biofilme (RAB). A ARMV in natura era coletada em um frigorífico e matadouro bovino do vale do Paraíba e caracterizada em termos físicos, químicos e toxicológicos a nível agudo e crônico. O experimento durou aproximadamente 370 dias, operando sob variações de carga orgânica. A coleta ao longo do sistema foi feita semanalmente e as amostras caracterizadas em termos físico-químicos e toxicológicos tanto a nível agudo quanto crônico. Nos reatores RAH, MBBR e RAB foram realizadas testes hidrodinâmicos em condições abiótico e biótico, respectivamente. Com os dados obtidos nas três fases estudadas foram levantados os parâmetros cinéticos de crescimento da biomassa dispersa, além da caracterização microbiológica da mesma e do biofilme. Os resultados obtidos com base na caracterização físico-química e toxicológica da ARMV, in natura, revelaram altas concentrações em toda série de sólidos, de ácidos voláteis totais, alcalinidades, macro e micronutrientes, matéria orgânica em termos de DBO520°C e DQO nas formas total, solúvel e particulada e também de COD. Apresentou-se como um efluente extremamente tóxico a nível agudo para os organismos, bactérias P. putida e E. coli e microcrustaceo D. similis, e extremamente tóxico a nível crônico para os organismos, microcrustaceios C. silvestri e C. dúbia, bactérias E. coli e P putida e alga P. subcaptata. Com base nos testes toxicológicos, concluiu-se que os microcrustaceos e algas foram mais sensíveis as toxinas da ARM testada que as bactérias. O reator RAH operando sob choques orgânicos demonstrou ótimo desempenho operacional. As cargas orgânicas (COV) aplicadas ao RAH foram 608,9; 3.030,4 e 9.581,5 mg L-1 d-1 em termos de DQO para as fases I, II e III, estatisticamente diferente entre si. Apresentando para as três fases eficiências estatisticamente iguais. O reator MBBR operando sob choques orgânicos demonstrou ótimo desempenho operacional. As cargas orgânicas (COV) aplicadas ao MBBR foram 286,5; 2085,2 e 3889,6 mg L-1 d-1 em termos de DQO para as fases I, II e III, estatisticamente diferente entre si. Apresentando para as fases I, II e III eficiências de 76,9%; 60% e 81%, respectivamente, e estatisticamente iguais. Conclui-se com a pesquisa realizada que os reatores RAH e MBBR foram capazes de absorver choques orgânicos e hidráulicos submetidos a biomassa mantendo-se em altos valores de eficiência. O reator MBBR também apresentou bom desempenho no processo de nitrificação com eficiências de 61,2%; 68,1%; 50,7% para as fases I, II e III, respectivamente. A concentração média de OD de 3 mg L-1 mantida no MBBR apresentou-se acima do suficiente. O reator RAB operando sob choques orgânicos demonstrou ótimo desempenho operacional. As cargas orgânicas (COV) aplicadas ao RAB foram 194,9; 1769,1 e 2230,6 mg L-1 d-1 em termos de DQO para as fases I, II e III, estatisticamente diferente entre si. As fases I, II e III apresentaram eficiências de 70,7%; 46,4% e 69,8%, respectivamente, e estatisticamente, iguais entre as fases I e III. Em termos de toxidade, os parâmetros estudados nas fases I e II, mostraram-se ideais para remoção de toxidade, sendo que no final de ambas a ARM tratada apresentou-se livre de toxidade a nível agudo e crônico. Os reatores RAH, MBBR e RAB demonstraram ótimo desempenho hidrodinâmico e cinético. Concluiu-se que o sistema anaeróbio/aeróbio/anóxico estudado foi eficiente no tratamento da ARMV, aliando condições de fácil monitoramento, rapidez no processo e ótimo desempenho. / Development in bovine meat production has increased volume and concentration of liquid residues produced during their improvement, known as slaughterhouses wastewaters (SW). This fact has been stimulating the develpment of processes operating in highly charge and efficience for their treatment. As seen, we focused to develop a treatment system for the SW operating in a anaerobic/aerobic/anoxic condition in a conjugated form, aiming the remotion of organic matter, nutrients and toxicity. The units evolving the studied system were three biofilms reators named: Anaerobic Hibrid Reactor (AHR), Moving Bed Biofilm Reactors (MBBR), and Anoxic Biofilm Reactor (AnBR). The SW in natura was collected in the slaughterhouse of the Paraíba Valley, and were characterized in physical, chemical and toxically in a highly sharp and cronically levels. The experiment has lasted for 370 days, operating under organic load rate (OLR). The withdraws along the system were done weekly and the samples were characterized in physical-chemical and toxicological terms and in both sharp and cronical ways. Hidrodinamic tests were realized in reactors AHR, MBBR and AnBR in abiotic and biotic condictions, repectivelly. With the data obtained in the three studied phases, knetics parameters were collected for the dispersal biomass, besides its biofilm and biomass characterization. The results, based on SW physico - chemical and toxicological characterization, showed high concentrations in all solids series, in total volatic acids, alcalinity, macro and micro nutrients, organic matter in terms of BOD520°C and COD in their solute and particulate forms and also in DOC. It was presented as highly toxix effluent in a sharp level for organisms, bacteria P. putida ans E. coli, and D. similis microcrustacean. And extremely toxic to organisms chronic C. silvestri and C. dúbia microceustacean and P. subcaptata algae. According with toxicological tests it was concluded that the microcrustaceos and a algae were more sensitive to the SSW toxines than bacteria. The AHR reator operating under organic shocks showed excelent operational development. The OLR applied to the AHR were 608.9; 3,030.4 and 9,581.5 mg L-1 d-1 in terms of COD for the phases I, II, III, statiscally different among it, showing for the three phases scores of 76,9%; 60% and 81%, respectivelly, and the same, statistically speaking. We may conclude with this research that the AHR and AMBR reators were capable to absorb hidraulic and organic shocks submitted to biomass keeping high levels of efficiency. The MBBR reator has shown also a good performance in nitrification process, scoring 61.2%; 68.1%; 50.7% in effectiveness for phases I, II and III, respectively. The average DO concentration of 3 mg L-1 maintained in MBBR showed over sufficience. The AnBR reator under organic shocks showed highly operational performance. The OLR applied to AnBR were 194.9; 1,769.1 e 2,230.6 mg L-1 d-1 in terms of COD for the phases I, II, III statistically different among them. The phases I, II, III presented efficiences of 70.7%; 46.4% and 69.8%, respectively, and statiscally the same between phases I and III. In terms of toxicity, the studied parameters in phases I and II showed to be ideal to remove the toxicity from both sharp and chronical levels. The reators AHR, MBBR and AnBR showed excelent hidraulic and kinetic performances. We may conclude that the studied anaerobic/aerobic/ anoxic system was efficient in the treatment of SW, joining, easy feasible conditions, velocity in processing and high performance.

O principal objetivo deste trabalho consistiu em avaliar o desempenho de um sistema experimental para pós-tratamento de reatores anaeróbios. Foram testados reator microaerado e reator com aeração intermitente, seguidos de flotação por ar dissolvido. Foram avaliadas condições para se obter nitrificação, desnitrificação e remoção de fósforo, em reator com baixa concentração de OD e em reator em que se alternaram fases aeróbia e anaeróbia. O trabalho foi desenvolvido em duas etapas distintas: a Etapa I constituiu de ensaios preliminares, utilizando instalação em escala de laboratório, alimentados com efluente de reator anaeróbio compartimentado, composta de sistema de aeração com quatro reatores em paralelo, com capacidade de 11,5 L cada, operando em regime hidráulico contínuo, com concentrações de OD na faixa de 0,2 a 0,9 mg/L, em temperatura controlada de 30±2°C. Na Etapa I também foram operados reatores com aeração intermitente. Na Etapa II, empregou-se instalação para tratamento aeróbio, com capacidade de 100 L, seguida de flotador, em temperatura ambiente de 25±6°C, sendo operado um reator microaerado e outro com aeração intermitente; ambos foram alimentados com efluente de um reator anaeróbio de leito expandido. O sistema com aeração intermitente (&#952h: 6 h) mostrou-se estável, apresentando elevada remoção média de DQO (92%), de P-PO4-3 (90%) e de nitrogênio (sem utilização de fonte externa de carbono; apenas com recirculação adequada do lodo). Para &#952h médio de 8 h, nos ensaios com ciclos alternados de 2 h, com aeração e 4 h, sem aeração, foi obtida remoção máxima de P-PO4-3, de 95% para as amostras brutas e 97% para as amostras filtradas, com remoção média de 84%, e 88%, respectivamente. Considerando apenas os valores médios, registrou-se ligeira queda de remoção de P-PO4-3, e de DQO em relação ao período com &#952h médio de 6 h. Os resultados com aeração intermitente foram sensivelmente melhores em relação aos obtidos com microaeração. / The aim of this research the performance evaluation of a pilot system for post treatment of anaerobic reactors. Microaeration and intermittent aeration reactors, followed by dissolved air flotation (DAF) were examined. It was assessed the conditions to obtain nitrification, denitrification and phosphorus removal, in reactor operated with low concentration of OD and in a reactor operated were alternated aerobic and anaerobic phases were used. The research was developed in two different stages. The first one, constituted of preliminary test, using installation in laboratory scale, fed with effiuent of compartment anaerobic reactor. This system was composed of aeration system with four reactors in parallel, with 11,5 L each, operating in continuous flow, with concentrations of DO between 0.2 to 0.9 mg/L, in controlled temperature of 30±2 ºC. The reactors were also operated with intermittent aeration. In the second stage, an installation with 100L was used for aerobic treatment, followed by DAF, in room temperature of 25±6°C. One reactor was operated under microaeration and another with intermittent aeration. Both were fed with effiuent of an expanded bed anaerobic reactor. The system with intermittent aeration (&#952h: 6 h) shown stable, presenting high COD removal of (92%) and phosphorus removal (90%), without use of external carbon source; just with adapted recirculation of the sludge. For an average hydraulic retention time of 8 h, in the test with alternate cycles of 2 h with aeration and 4 h without aeration, it was obtained a maximum removal of P-PO4-3 equal 95% for the raw samples and 97% for the filtered samples, with average removal of 84%, and 88%, respectively. The results with intermittent aeration were significantely better in relation to the obtained with microaeration.

L'objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension (i) des relations morphologie/cycle de l'azote au sein de l'épisolum humifère, (ii) du cycle de l'azote au sein des différents horizons de l'épisolum humifère et (iii) des facteurs écologiques responsables du développement des formes d'humus et régulant le cycle de l'azote dans l'épisolum le long d'une chronoséquence de 130 ans en hêtraies pures. Le cycle de l'azote. L'ammonification potentielle nette augmente avec l'âge des peuplements au sein des horizons organiques alors que la nitrification potentielle et in situ nette diminue au sein des horizons OL et A. La nitrification potentielle nette est essentiellement localisée au sein des horizons OF et OH et l'ammonification est toujours plus élevée au sein des horizons organiques. Les transformations fongiques dominent nettement au sein de l'horizon OL alors que les processus bactériens sont principalement localisés dans l'horizon A. Les résultats montrent que les processus en amont du cycle (apport d'azote, ammonification) sont favorisés au cours de la maturation des peuplements alors que les processus en aval du cycle (nitrification, dénitrification) diminuent le long de la chronoséquence. Le lessivage des nitrates varie peu le long de la chronoséquence alors que le prélèvement de l'azote minéral (surtout l'ammonium) et le lessivage de l'ammonium augmentent significativement. Nous avons également observé des corrélations significatives entre les variables morphologiques et la nitrification nette ou la teneur en nitrate au sein des horizons organiques. Certaines variables morphologiques (i.e. l'épaisseur de l'OF, le nombre de turricules de vers de terre, la structure de l'horizon A ou le pourcentage de feuilles blanchies au sein de l'horizon OLv) présentent un potentiel indicateur de production in situ d'azote minéral. Les variables morphologiques spécifiques { l'horizon OLv pourraient constituer des indicateurs robustes de production potentielle d'azote minéral. Les facteurs de contrôle. Nous n'avons pas observé de variabilité significative des retombées de litière le long de la chronoséquence alors que la vitesse de décomposition de la litière diminue durant la phase de croissance des peuplements. De plus, la vitesse de décomposition de la litière est fortement corrélée à l'épaisseur des horizons OF et OH. La chute de la vitesse de décomposition de la litière serait donc responsable du changement mull-moder observé le long de la chronoséquence, alors que la production de litière jouerait un rôle secondaire mais contribuerait à un changement hemimoder-dysmoder. La chute de la vitesse de décomposition de la litière est en partie expliquée par des changements du profil structurel et fonctionnel des communautés microbiennes du sol le long de la chronoséquence. La biomasse fongique dans l'OL diminue le long de la chronoséquence. Le ratio biomasse fongique/biomasse bactérienne au sein des horizons OF et OH augmente le long de la chronoséquence. La diversité fonctionnelle des communautés bactériennes dans les horizons organiques est plus élevée dans les peuplements âgés. Ces changements fonctionnels au sein de l'épisolum humifère pourraient être sous le contrôle de la qualité de la litière de hêtre qui varie considérablement le long de la chronoséquence. Les résultats mettent en avant deux changements majeurs de la qualité de la litière. Le premier après 15 ans de vieillissement correspond à (1) une diminution des teneurs en Mg, en hémicellulose, en cellulose, en azote dans la lignine et (2) une augmentation des teneurs en Mn, en lignine, du C/N et du lignine/N. Le second après 95 ans de vieillissement correspond { (1) une baisse de la teneur en lignine, des cations et de l'azote dans la lignine et (2) une augmentation de la cellulose et de l'azote dans l'hémicellulose. Une approche expérimentale nous a permis de tester les effets de la litière de hêtre (apport et qualité) mais également des racines de hêtre (mycorhizées ou non) sur le cycle de l'azote et les communautés microbiennes du sol. La litière de hêtre, indépendamment de sa qualité initiale, inhibe la nitrification autotrophe et favorise la communauté fongique. Les racines, mycorhizées ou non, favorisent l'ammonification potentielle et les racines mycorhizées inhibent la nitrification autotrophe.