Ce travail de thèse constitue le prolongement direct des travaux de thèse Chachuat (2001) sur l'optimisation dynamique et la commande optimale des stations de traitement de petite taille. L'objectif est d'aller plus loin en s'intéressant aux dimensionnement et fonctionnement optimaux des stations de traitement des eaux usées de toute taille. Ainsi, dans une première étape, l'optimisation des stations de traitement de petite taille a été abordée. Contrairement à ce qui a été fait jusqu'à maintenant : (i) l'aération n'est plus alternée, mais continue, (ii) le décanteur n'est plus considéré comme parfait, mais son fonctionnement est modélisé à l'aide d'une série de 10 couches de décantation, (iii) la méthode d'optimisation développée est fondée sur la méthode des sensibilités implémentée au sein du logiciel de simulation et optimisation dynamiques gProms, utilisé dans toute la thèse. L'influence du modèle du décanteur sur la minimisation de l'énergie d'aération a été particulièrement analysée. Dans une deuxième étape, les stations de traitement de grande taille sont considérées. Plus spécifiquement, le modèle benchmark développé par le réseau européen COST a été utilisé pour décrire leur fonctionnement. Un « foreignobject » a été développé pour que la simulation et l'optimisation du fonctionnement de ces stations soient possibles sous gProms. L'optimisation a notamment montré que la consommation d'énergie d'aération pouvait être réduite d'au moins de 30% par rapport au fonctionnement actuel de ces stations. Dans une troisième étape, l'optimisation du dimensionnement des stations de traitement de grande taille a été étudiée. Une superstructure a ainsi été définie avec plusieurs (cinq) réacteurs et un décanteur. Toutes les possibilités de recyclage et de court-circuit entre les réacteurs d'une part et entre les réacteurs et le décanteur d'autre part sont prises en compte. L'objectif était de déterminer la meilleure structure et les valeurs optimales des volumes des réacteurs qui permettent de minimiser le coût total tout en respectant les contraintes réglementaires sur les rejets.Par ailleurs, une optimisation multicritère de la station optimale résultante a été réalisée. Elle a permis de déterminer l'ensemble de Pareto des solutions qui minimisent la consommation énergétique (d'aération et de pompage) et maximisent la qualité de l'effluent. La quatrième et dernière partie de ce travail s'intéresse à la modélisation, simulation et optimisation de la station de traitement de Verulam près de Durban en Afrique du Sud. Des mesures expérimentales ont été réalisées sur cette station et le modèle ASM1 a été utilisé pour décrire son fonctionnement. Une analyse d'estimabilité des paramètres a été d'abord réalisée pour déterminer les paramètres du modèle qui peuvent être estimés à partir des mesures expérimentales disponibles. Les paramètres estimables ont ensuite été identifiés à l'aide de gProms. Le modèle ainsi identifié a été validé et ensuite utilisé pour optimiser le fonctionnement énergétique de cette station / This work is a direct extension of the PhD thesis of Chachuat (2001) on dynamic optimization and optimal control of small size wastewater treatment plants. The objective is to go further by focusing on optimal design and operation of wastewater treatment plants of any size. Thus, in a first part, optimization of small size wastewater treatment plants was studied. Contrary to what has been done so far: (i) the aeration is no longer alternating, but continuous, (ii) the settler is not considered perfect, but its operation is modeled using a series of 10 sedimentation layers, (iii) the optimization approach developed is based on the method of sensitivities implemented wthin the dynamic simulation and optimization software gProms, used throughout this work. The influence of the settler model on the minimization of aeration energy was particularly investigated. In a second part , the large size treatment plants are considered . More specifically, the benchmark model developed by the European network COST was used to describe their operation. A "foreign object" was developed in order to make the simulation and optimization of these plants possible using gProms. The optimisation showed that the aeration energy consumption could be reduced by at least 30 % compared to the current operation of these plants . In a third part, the optimization of the design of the wastewater treatment plant was studied. A superstructure has been defined with several (five) reactors and a settler. All the possibilities of recycling and by-passes between the reactors on the one hand and between the reactors and the settler on the other are considered. The objective was to determine the best structure and the optimal values of the reacter volumes that minimize the net present value while respecting the regulatory constraints. On the other hand, a multi-objective optimization problems of the treatment plant was carried out. It allawed to determine the Pareto set of solutions that minimize the energy consumption (pumping and aeration) and maximize the effluent quality. The fourth and last part of this work focuses on modeling, simulation and optimization of the treatment plant of the city of Verulam in the area of Durban in South Africa. Experimental measurements were carried out on the plant and the ASM1 model was used to describe its operation. An estimability analysis was first performed in order to determine the model parameters that can be estimated from the available experimental measurements . The estimable parameters were then identified using gProms . The identified model was validated and then used to optimize the energy function of this plant

O lixiviado de aterro sanitário é um efluente gerado a partir da mistura de líquidos produzidos na degradação de resíduos sólidos e a água pluvial que infiltra o depósito de material. Estudos na literatura, abordando tratamento de lixiviados de aterro sanitário, indicam que os processos biológicos podem não ser suficientes para que os padrões de lançamento vigentes na legislação sejam cumpridos. Neste contexto os processos oxidativos avançados estão sendo apontados como uma alternativa atrativa para efluentes que apresentam baixa biodegradabilidade. A presente pesquisa objetivou avaliar, em escala de bancada, a tratabilidade do lixiviado de aterro sanitário com aplicação do tratamento de oxidação eletroquímica seguida pelo tratamento biológico de um sistema de lodos ativados operado em batelada. A eletro-oxidação promove a remoção ou degradação de espécies poluentes, direta ou indiretamente, por meio de processos que não necessitam de adição de grandes quantidades de produtos químicos. Nos ensaios realizados com lixiviado bruto e com lixiviado alcalinizado submetido ao tratamento físico-químico de air stripping não houve necessidade de adicionar eletrólitos suporte para a oxidação química ocorrer e ao longo de tais ensaios a matéria foi mensurada quanto à DQO, COT e COD. Quando aplicada a eletro-oxidação no lixiviado bruto (sem tratamento prévio), houve 87% de remoção de DQO utilizando o anodo DDB com aplicação de 48 A h L-1 (densidade de corrente de 100 mA cm-2) e 65% de remoção da DQO quando utilizado o anodo DSA, nas mesmas condições. Analogamente, foram obtidos valores percentuais de remoção de COT de 70 e 60%, respectivamente e ainda 61 e 67% em relação ao COD. A fim de se complementar os estudos quanto à atuação da eletroquímica no tratamento do lixiviado de aterros sanitários, o efluente eletro-oxidado foi adicionado a um sistema de lodos ativados em duas proporções volumétricas distintas (2,5 e 5%) combinadas com esgoto sanitário (97,5 e 95%, respectivamente). Para controle e possível análise na eficiência, foram realizados ensaios com lixiviado bruto (5% de lixiviado bruto e 95% de esgoto sanitário) e somente esgoto sanitário (100%). Foram obtidos valores de remoção de DQO de: 75% em condição 100% esgoto sanitário, 64% com adição 2,5% de lixiviado eletro-oxidado, 57% com adição de 5% de lixiviado eletro-oxidado e 38% com adição de 5% de lixiviado bruto, além de valores percentuais de remoção de COT em cerca de 56, 52, 47 e 37%, respectivamente. E ainda foram obtida remoções nos valores de DBO na ordem de 91, 87, 64 e 24%, respectivamente. De forma geral, o sistema combinado proposto atingiu eficiências consideráveis e se mostrou compatível com o intuito de se estudar o aumento da tratabilidade por meio da aplicação de processos eletroquímicos em lixiviado bruto. / The landfill leachate is a wastewater generated from the mixture of liquids produced in the degradation of solid waste and rainwater that infiltrates the landfill. Studies in the literature approaching the treatment of landfill leachate indicate that biological processes may not be sufficient for the discharge standards prevailing in the present legislation. In this context the advanced oxidation processes (AOP) are being singled out as an attractive alternative for wastewater with a low biodegradability. This study aimed to evaluate, in a bench scale treatability of landfill leachate treatment with application of electrochemical oxidation followed by biological treatment of an activated sludge batch system. The electro-oxidation promotes the removal or degradation of pollutants species directly or indirectly, through processes which do not require addition of large amounts of chemicals. For tests with raw leachate and leachate with alkaline subjected to physico- chemical treatment of air stripping, there was no need to add support for electrolytes and chemical oxidation occurs over such trials the subject was measured as the COD, TOC and DOC. When applied the electro-oxidation in the raw leachate (without treatment) was reached 87% for COD removal using the DDB anode with the application of 48 L h-1 (current density 100 mA cm-2) and 65% COD removal when using the DSA anode under the same conditions. Similarly, the percentage values of TOC removal are 70 and 60 % respectively and also 61 and 67% compared to the DOC was obtained. In order to complement the studies regarding the performance of the electrochemical treatment of landfill leachate, the electro-oxidized effluent was added to an activated sludge system in two different volume ratios (2,5 and 5%) combined with sewage (97.5 and 95%, respectively). For control and possible efficiency analysis, testing with raw leachate (5% and 95 % crude leachate sanitary sewer) and only sanitary wastewater (100 %) were performed. Values of COD removal was obtained: 75% in 100% sewage condition, 64% with addition of 2,5% leachate electro- oxidized , with 57% addition of 5% leachate electro- oxidized and 38% with the addition of 5% raw leachate , and percentage values of TOC removal by about 56, 52, 47 and 37% , respectively. And BOD removal values were obtained in the order of 91, 87, 64 and 24%, respectively. In general, the proposed combined system has achieved considerable efficiency and proved to be compatible with the aim of studying the increased tractability through the use of electrochemical processes raw leachate.

O presente trabalho teve como objetivo o estudo da potencialidade de aplicação da flotação por ar dissolvido (FAD) lamelar (de alta taxa) e convencional como parte final de sistema de tratamento sequencial de esgoto sanitário, constituído de reatores anaeróbios de manta de lodo (UASB) seguidos de tanque de aeração. O trabalho, desenvolvido na Estação de Tratamento de Esgotos Jardim das Flores da cidade de Rio Claro, foi dividido em três etapas. Na primeira etapa, realizada com equipamento Flotateste, foram investigados os valores mais adequados de dosagens de polímero sintético catiônico, amido de araruta, cloreto férrico e associações entre cloreto férrico e polímero ou amido de araruta, de razão ar/sólidos (A/S), bem como de tempo e gradiente de mistura rápida e de floculação. Nessa etapa, os melhores desempenhos da FAD foram obtidos com o emprego de polímero catiônico, tanto isoladamente quanto associado ao cloreto férrico, sendo esta última condição imprescindível para maior remoção de fósforo. A flotação de liquor misto utilizando apenas o cloreto férrico como coagulante, apresentou desempenho extremamente insatisfatório, com a formação de flocos com características ruins de flotabilidade. Além disso, observou-se que a flotação desse tipo de efluente requisitou condições mais amenas de mistura, sendo que, em muitos casos, os melhores resultados foram obtidos mediante a eliminação da mistura rápida ou da floculação. Nas segunda e terceira etapas, realizadas com unidades piloto de flotação lamelar de alta taxa (FADAT) e convencional, respectivamente, e empregando apenas polímero como auxiliar de floculação/flotação (dosagem em torno de 1 g de polímero/kg de SST), foram investigados os valores mais adequados de Taxa de Aplicação Superficial (TAS), Taxa de Aplicação de Sólidos (TS) e quantidade de ar fornecida à flotação, calculada através da razão A/S ou da dosagem de ar (Dar), em g de ar/'M POT.3' de esgoto afluente, dependendo da concentração de sólidos suspensos totais afluentes à flotação (SSTafl). Através dos resultados dos ensaios pôde-se observar que a razão A/S é mais adequada para o cálculo da quantidade de ar na flotação de suspensões concentradas (SSTafl acima de 1100 mg/L no presente estudo), ao passo que Dar é mais representativo no caso da flotação de suspensões diluídas. Empregando a unidade FADAT, alimentada com liquor misto de tanque de aeração em boas condições de biofloculação, foi possível obter resultados satisfatórios para TAS de até 350 'M POT.3'/'M POT.2'.dia e TS entre 120 e 250 kg de SST/'M POT.2'.dia, desde que fornecida quantidade adequada de ar ao processo (Dar na faixa de 15,0 a 18,0 g de ar/'M POT.3' de afluente), para SSTafl entre 800 e 1100 mg/L. Na flotação lamelar de alta taxa, constatou-se que o bom desempenho esteve diretamente relacionado a baixos valores de SSTafl. As recomendações para a flotação com unidade de FAD convencional tiveram que ser mais conservadoras, devido às condições ruins de biofloculação apresentadas pelo liquor misto do tanque de aeração durante a realização da terceira etapa do trabalho. Nesses ensaios, os resultados mais satisfatórios foram obtidos com o emprego de TAS em torno de 200 'M POT.3'/'M POT.2'.dia, TS menor que 200 kg de SST/'M POT.2'.dia e A/S em torno de 0,020 (Dar de 21,0 g de ar/'M POT.3' de afluente), para SSTafl em torno de 1400 mg/L / The aim of this research was the study of the lamella design (high rate) and conventional dissolved air flotation (DAF) process potentiality of application as the final part of a domestic sewage sequential treatment system made up anaerobic reactors (UASB) followed by aeration tank. The work, developed at the Jardim das Flores WWTP of Rio Claro city, was separated in three phases. In the first phase, using the flotatest apparatus, the most suitable values of chemical (synthetic cationic polymer, arrow-root starch, ferric chloride and ferric chloride combined with polymer or arrow-root starch) dosages, air to solids ratio (A/S), as well as rapid mix and flocculation time and mean velocity gradient values, were investigated. In this phase, the best DAF performances were obtained with the application of cationic polymer, alone and associated to ferric chloride. The use of ferric chloride was essential to obtain better phosphorus removal results. The mixed liquor flotation using ferric chloride alone as primary coagulant presented extremely unsatisfactory performance, with the formation of flocks showing bad characteristics of flotability. Moreover, it was observed that flotation of this kind of effluent had requested gentler mixture conditions. In many cases, the best results were obtained by means of rapid mix or flocculation step elimination. In the second and third phases, using the lamella design and conventional flotation units respectively and cationic polymer as the only flocculation/flotation aid (dosage around 1 g of polymer/kg TSS), the most suitable values of Overflow Rate (OR), Solids Application Rate (SAR) and amount of air supplied to the flotation process, expressed as the A/S ratio or air dosage (AD, in g of air/'M POT.3' of influent) depending on influent total suspended solids concentration (TSSinfl), were investigated. The flotation essays results showed that the A/S ratio is more suitable for the air supply estimation in flotation of concentrated suspensions (TSSinfl above 1100 mg/L in this study). Contrarily, the parameter AD is more representative in cases of flotation of diluted suspensions. Using the lamella design unit, fed with aeration tank mixed liquor presenting good bio-flocculation conditions, it was possible to obtain adequate results applying OR as high as 350 'M POT.3'/('M POT.2'.day) combined with SAR values between 120 and 250 kg of TSS/('M POT.2'.day), since the adequate amount of air has been provided for the process (AD values between 15,0 and 18,0 g of air/'M POT.3' of influent), for TSSinfl between 800 and 1100 mg/L. For the lamella flotation, it was noticed that the best performance has been directly associated to lower values of TSSinfl. The recommendations for flotation using the conventional DAF unit had to be more conservative, taking into account the poor bio-flocculation conditions presented by the mixed liquor during the third phase of work. In theses essays, the more adequate results were obtained by applying OR around 200 'M POT.3'/('M POT.2'.day), SAR under 200 kg of TSS/('M POT.2'.day) and A/S ratio around 0,020 (AD of 21,0 g of air/'M POT.3' of influent), for TSSinfl around 1400 mg/L

Neste trabalho, a partir da aplicação da teoria de controle ótimo, são estabelecidos sistemas de controle aplicáveis a três importantes sistemas aeróbios de tratamento de esgotos - filtros biológicos, processos de lodos ativados e os processos combinados formados a partir da combinação dos filtros biológicos e lodos ativados. Para a definição dos sistemas de controle são necessários modelos dinâmicos que descrevam o comportamento dos diferentes sistemas de tratamento. Da literatura são obtidos os modelos dinâmicos destinados à descrição do comportamento do processo de lodos ativados; para o filtro biológico, é proposto um modelo combinando à equação de balanço do reator e o modelo de ordem variável, este último destinado ao cálculo do fluxo de substrato para o interior de biofilmes profundos. Os resultados demonstram que, independentemente do sistema de tratamento considerado, os sistemas de controle reduzem substancialmente os tempos de acomodação e os desvios apresentados pelas variáveis de estado em relação as suas condições de equilíbrio. Por fim, função da inviabilidade de monitoramento de todas as variáveis de estado utilizadas para caracterizar os sistemas de tratamento, são propostos, a partir de modelos simplificados, controladores que incorporam a observação de estados. Também neste caso, os controladores estabelecidos permitem melhorar significativamente o desempenho dos sistemas de tratamento de esgotos analisados. / This paper constructs automatic control systems by means of optimal control theory for three different combinations of wastewater treatment units, namely, trickling filter, activated sludge process and a combined process. The dynamic model for the activated sludge process available in literature and a model proposed for the trickling filter were used in the construction of control systems. It is shown that the controls obtained in this study substantially reduce the durations necessary for the reestablishment of the equilibrium conditions in terms of state variables and the attenuation of oscillations around these conditions. Controls including observers for the state variables were devised on the basis of simplified models for the process in order to deal with the difficulties involved in monitoring all the state variables. These control systems were also found to be quite effective in improving the performance of the wastewater treatment plants considered in this paper.

No processo de lodos ativados por batelada, a definição de um ciclo operacional é de fundamental importância para o bom funcionamento de uma estação de tratamento de esgotos que utiliza esse tipo de tratamento. A adoção de um ciclo adequado pode trazer vários benefícios como o aumento da eficiência de tratamento, a introdução da remoção da matéria nitrogenada, por meio dos processos de nitrificação e desnitrificação do efluente e até diminuir o consumo de energia que é relativamente alto nesse tipo de tratamento. Foi aplicada então, a definição do ciclo operacional à ETE Bueno de Andrada que utiliza o processo de lodos ativados por batelada aeróbio para o tratamento da fase líquida. Foram experimentados alguns ciclos de operação com tempos e estratégias diferentes, variando-se os tempos de aeração, mistura, enchimento ou sedimentação. A aplicabilidade de cada estratégia de ciclo foi avaliada em termos da eficiência de remoção da matéria orgânica carbonácea, retratada com as análises de DBO e DQO do esgoto afluente e do efluente final. Foi desenvolvido também, o processo de automação da ETE Bueno de Andrada com o estudo e ajuste de um programa computacional que gera um arquivo de controle utilizado para controle do ciclo de operação dos SBRs. Os resultados mostraram que os ciclos operacionais entre 10 e 12h, consegue-se uma eficiência de remoção da matéria orgânica carbonácea entre 95 e 97%. / The definition of an adequate operational cycle for the batch activated sludge process is of fundamental importance for the proper operation of a sewage treatment plant. The use of a suitable cycle can bring many benefits namely the increase of the treatment efficiency, the introduction of the nitrogen organic material removal through the nitrification and denitrification process of the eflluent and the decrease of energy consumption that is relatively high in this process. The operational cycle definition is then applied to the Sewage Treatment Plant of Bueno de Andrada that use the aerobic batch activated sludge process for the liquid phase treatment. Some operational cycles are experimented with different times and strategies, changing the aeration, rnixture, filling or sedimentation times. The applicability of each cycle strategy was checked by the carbon organic material removal efficiency, measured through the BOD and COD analyses of the influent sewage and the treated eflluent. It was developed, too, the automation process of the Sewage Treatment Plant of Bueno de Andrada, cornplementing and adjusting the control computer program for the PLC that controls the SBRs operational cycle. The results showed that with operational cycles between 10 and 12 hours, the removal efficiency of the carbon organic material was between 95 and 97%.

Estudou-se nesta pesquisa o processo de lodos ativados para pós-tratamento do efluente proveniente de um reator anaeróbio compartimentado, que recebe esgoto sanitário. Isso se deu em vários ensaios em sistema descontínuo (\"batch\'\') para avaliar a biodegradabilidade dessa água residuária e em um ensaio em sistema contínuo com finalidade de melhorar a qualidade do efluente final e determinar os coeficientes cinéticos, os parâmetros a\' e b \', a taxa de utilização de oxigênio e o coeficiente &#945. Também realizaram-se ensaios hidrodinâmicos para verificação do tipo de reator utilizado. A pesquisa desenvolveu-se com base em uma célula de aeração, em escala de laboratório, composta por quatro câmaras (reatores) que possuíam tanque de aeração e decantador secundário justapostos, separados por uma cortina fixa. Não houve controle de temperatura nos dois sistemas utilizados. No ensaio em sistema contínuo quatro reatores foram operados simultaneamente com as respectivas idades do lodo de 5, 10, 15 e 20 dias durante 35 dias. O tempo de detenção hidráulico foi mantido próximo de 8 horas. Nesse ensaio os reatores quando se encontravam estabilizados dinamicamente, apresentaram remoção superior a 95% para DBO bruta, 90% para DBO filtrada, 87% para DQO bruta, 80% para DQO filtrada e 95% para SST. Mesmo não sendo realizado processo adicional para remoção de nutrientes, os reatores, após a estabilização dinâmica, apresentaram remoção de fosfato de até 28% e de nitrogênio amoniacal até níveis de não serem detectados pelos métodos de análises utilizados. Os ensaios hidrodinâmicos mostraram que os reatores são do tipo mistura completa. / In this work the activated sludge process for post-treatment of effluent anaerobic baffled reactor which receives sanitary sewage was studied. This was established during various experiments in batch system to evaluate the biodegradable of this wastewater and also in an experiment of continuous system aiming to improve the quality of the final effluent and to determine the kinetic coefficients, the a\' and b\' parameters, the oxygen uptake rate and the &#945 coefficient. Hydrodynamic tests to verify the type of reactor used in this research were also perfonned. The work was developed and based on an aeration cell bench-scale, composed of four chambers (reactors) which had an aeration tank and a secondary settling tank in the same chamber, separated by a fixed baffle. Temperature control was not used in both systems. In the experiment of continuous system, four reactors were simultaneously operated with sludge age of 5, 10, 15 and 20 days during 35 days. The hidraulic retention time was maintained at around 8 hours. When the reactors were dynamically stabilized, they showed an average removal superior to 95% for BOD (biochemical oxygen demand), 90% for filtrated BOD, 87% for COD (chemical oxygen demand), 80% for filtrated COD and 95% for TSS (total suspended solids). Without additional process of nutrient removal, after the dynamic stabilization the reactors presented up to 28% of total phosphate removal and ammonia nitrogen up to levels of not being detected by the analyses methods used. The hydrodynamic tests showed that the reactors are of the complete-mix type.

The UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor, developed by Prof. Gatze Lettinga and his colleagues in the Netherlands more than thirty years ago, is successfully employed in many sewage treatment plants in countries with tropical and subtropical climate. However, are still reported serious operational issues related to the three-phase separators and problematic aspects involving the complexity of its influent distribution system. The focus of this research was to simplify the introduction and dispersion of the sewage in the reactor as well as enhancing the sludge retention, by replacing the characteristic piping system for a mechanical mixing apparatus and substituting the (conventional) three-phase separators by a high-rate settler, respectively. In essence, it was proposed a system partitioned into two distinct regions: one for reaction (i.e. anaerobic digestion of organic matter), in which the sludge blanket was mechanically mixed through the action of a rotating impeller, and another for the removal of suspended solids by the use of a lamella plate clarifier; a sludge recirculation system was also implanted, to pump the settled biomass back to the digestion compartment. The research was subdivided into three main phases: in the first two phases, bench-scale experiments were performed in order to obtain basic data for the design of the mechanical mixing and sedimentation devices, while the third phase consisted of the application of these technologies in a pilot-scale system with total volume of 20.8 m3 (comprised of a 17.0 m3 digestion chamber and a 3.8 m3 compartment for solids removal), as well as its performance assessment. During the development of the research, domestic sewage was applied to feed the experimental system, which was located at the School of Engineering of São Carlos (Campus I) in São Carlos (São Paulo State, Brazil). Throughout the period of effective operation, which lasted 130 days, four distinct operating modes were tested (characterized by intermittent mixing and varying hydraulic loading rates, ranging between 27.6 and 66.5 m3.d-1) and the system reached maximum removal efficiencies of BOD, COD and TSS at rates of 82%, 72% and 83%, respectively. The high-rate settler presented an impressive efficiency removing suspended solids (rates up to 98%). The research showed that the new \"Anaerobic Activated Sludge Blanket\" system (A2SB) can provide satisfactory performance even operating without the three-phase separator and influent distribution system. / O reator UASB, desenvolvido pelo Prof. Gatze Lettinga e colaboradores na Holanda há mais de trinta anos, é utilizado com sucesso em muitas estações de tratamento de esgoto sanitário em países de clima tropical e subtropical. Entretanto, ainda são relatadas sérias questões operacionais relacionadas aos separadores trifásicos e aspectos problemáticos envolvendo a complexidade de seu sistema de distribuição do esgoto afluente. O foco da presente pesquisa foi o de simplificar a distribuição e dispersão do esgoto no reator, assim como aprimorar a retenção de lodo, mediante substituição do sistema convencional de tubos por misturador mecânico e do (tradicional) separador trifásico por decantador de alta taxa, respectivamente. Em essência, propôs-se reator dividido em duas regiões distintas: uma para reação (i.e. digestão anaeróbia da matéria orgânica), na qual a manta de lodo foi agitada mecanicamente através do movimento rotacional de um impelidor, e outra, para remoção de sólidos suspensos mediante uso de decantador com placas paralelas; um sistema de recirculação do lodo também foi implantado, para bombear a biomassa sedimentada até o compartimento de digestão. A pesquisa foi subdividida em três fases: nas duas primeiras, experimentos em escala de bancada foram realizados visando obtenção de dados básicos para dimensionamento dos sistemas de agitação e de decantação, enquanto que a terceira fase consistiu na aplicação dessas tecnologias em sistema de tratamento, em escala piloto, com volume útil total de 20,8 m3 (composto por uma câmara de digestão de 17,0 m3 e um compartimento de 3,8 m3 para remoção de sólidos), assim como na análise de seu desempenho. Durante a pesquisa, esgoto sanitário foi utilizado para alimentar o sistema experimental, instalado na Escola de Engenharia de São Carlos. Ao longo do período de operação, que durou 130 dias, quatro condições operacionais foram testadas (caracterizadas pela agitação intermitente e diferentes taxas de carregamento hidráulico, que variaram entre 27,6 e 66,5 m3.d-1) e o sistema alcançou eficiências de remoção máxima para DBO, DQO e SST de 82%, 72% e 83%, respectivamente. O decantador de alta taxa apresentou surpreendente eficiência de remoção de sólidos suspensos (taxas de até 98%). A pesquisa demonstrou que o novo sistema A2SB (Anaerobic Activated Sludge Blanket) pode apresentar desempenhos satisfatórios, mesmo operando sem separador trifásico e sistema de distribuição do esgoto afluente.

Esta pesquisa teve por objetivo a produção de elementos para a avaliação da viabilidade de se agregar novas tecnologias a uma estação de tratamento de esgoto sanitário pelo processo de lodo ativado com aeração prolongada em escala real. O estudo foi desenvolvido na ETE Limoeiro da SABESP, localizada no Município de Presidente Prudente/SP. Foi estudado a remoção biológica de nitrogênio via nitrificação e desnitrificação simultânea (NDS), controlando-se a idade do lodo e o sistema de fornecimento de ar por meio de sensores de concentração de oxigênio dissolvido de luminescência (LDO), amônia e nitrato, e de potencial de óxido-redução instalados nos tanques de aeração. No controle do processo foi avaliado a emissão de óxido nitroso e determinado os parâmetros cinéticos da nitrificação e desnitrificação, por meio de testes respirométricos. Foi utilizado a técnica de biologia molecular de FISH para identificação das bactérias nitritantes, nitratantes e desnitrificantes envolvidas no processo da NDS. Em termos de remoção de matéria orgânica, a qualidade do efluente final foi compatível aos processos de lodos ativados tradicionais com OD na faixa de 2,0 mgO2/L, com eficiências entre 85 a 95% de DQO e DBO. Os resultados demostraram que a nitrificação do esgoto ocorreu de forma eficiente, resultando concentrações de amônia no efluente final menores que 3,8 mgNNH3/ L. Os resultados de concentração de nitrato no efluente final do processo de lodos ativados demonstram a expressiva eficiência do processo de desnitrificação, resultando em concentrações de nitrato no efluente final menores que 2,5 mgNNO3/ L. A otimização do sistema de aeração resultou em uma economia média de 34% com o gasto de energia elétrica para aeração do sistema. Conclui-se que o processo de lodos ativados com nitrificação e desnitrificação simultânea de fluxo contínuo é uma alternativa promissora de tratamento, a ser considerada tano nos estudos de concepção para implantação de novas estações como na adaptação de processos de lodos ativados já existentes. / This research aimed at the production of elements for assessing the feasibility of adding new technologies to a sewage treatment plant for sludge process with extended aeration activated in real scale. The study was developed in ETE Limoeiro SABESP, located in the Municipality of President Prudente / SP. Biological nitrogen removal by biological nitrification and simultaneous denitrification was studied (NDS), controlling the sludge age and the system supply air through oxygen concentration sensors dissolved luminescence (LDO), ammonia and nitrates, and the redox potential installed in the aeration tanks. In process control, the emission of nitrous oxide was evaluated and determined the kinetic parameters of nitrification and denitrification, by molecular biology techniques FISH was the identification nitritantes bacteria and denitrifying nitratantes involved in the process of NDS. In terms of removal of organic matter, the effluent quality is compatible to traditional activated sludge processes, with efficiencies from 85 to 95% of COD and BOD. The results showed that the sewer nitrification took place efficiently, resulting in ammonia concentrations in the final effluent smaller than 3.8 NH3 mgN / L. The nitrate concentration results in the final effluent from the activated sludge process demonstrate the significant efficiency of denitrification process, resulting in nitrate concentration in the final effluent smaller than 2.5 mgNNO3 / l. Optimization of the aeration system resulted in an average savings of 34% with the electricity spent aeration system. We conclude that the activated sludge process with nitrification and denitrification simultaneous streaming is a promising alternative treatment to be considered thane in design studies for implementation of new stations as the adaptation of sludge processes already activated.

O lixiviado de aterro sanitário é um efluente gerado a partir da mistura de líquidos produzidos na degradação de resíduos sólidos e a água pluvial que infiltra o depósito de material. Estudos na literatura, abordando tratamento de lixiviados de aterro sanitário, indicam que os processos biológicos podem não ser suficientes para que os padrões de lançamento vigentes na legislação sejam cumpridos. Neste contexto os processos oxidativos avançados estão sendo apontados como uma alternativa atrativa para efluentes que apresentam baixa biodegradabilidade. A presente pesquisa objetivou avaliar, em escala de bancada, a tratabilidade do lixiviado de aterro sanitário com aplicação do tratamento de oxidação eletroquímica seguida pelo tratamento biológico de um sistema de lodos ativados operado em batelada. A eletro-oxidação promove a remoção ou degradação de espécies poluentes, direta ou indiretamente, por meio de processos que não necessitam de adição de grandes quantidades de produtos químicos. Nos ensaios realizados com lixiviado bruto e com lixiviado alcalinizado submetido ao tratamento físico-químico de air stripping não houve necessidade de adicionar eletrólitos suporte para a oxidação química ocorrer e ao longo de tais ensaios a matéria foi mensurada quanto à DQO, COT e COD. Quando aplicada a eletro-oxidação no lixiviado bruto (sem tratamento prévio), houve 87% de remoção de DQO utilizando o anodo DDB com aplicação de 48 A h L-1 (densidade de corrente de 100 mA cm-2) e 65% de remoção da DQO quando utilizado o anodo DSA, nas mesmas condições. Analogamente, foram obtidos valores percentuais de remoção de COT de 70 e 60%, respectivamente e ainda 61 e 67% em relação ao COD. A fim de se complementar os estudos quanto à atuação da eletroquímica no tratamento do lixiviado de aterros sanitários, o efluente eletro-oxidado foi adicionado a um sistema de lodos ativados em duas proporções volumétricas distintas (2,5 e 5%) combinadas com esgoto sanitário (97,5 e 95%, respectivamente). Para controle e possível análise na eficiência, foram realizados ensaios com lixiviado bruto (5% de lixiviado bruto e 95% de esgoto sanitário) e somente esgoto sanitário (100%). Foram obtidos valores de remoção de DQO de: 75% em condição 100% esgoto sanitário, 64% com adição 2,5% de lixiviado eletro-oxidado, 57% com adição de 5% de lixiviado eletro-oxidado e 38% com adição de 5% de lixiviado bruto, além de valores percentuais de remoção de COT em cerca de 56, 52, 47 e 37%, respectivamente. E ainda foram obtida remoções nos valores de DBO na ordem de 91, 87, 64 e 24%, respectivamente. De forma geral, o sistema combinado proposto atingiu eficiências consideráveis e se mostrou compatível com o intuito de se estudar o aumento da tratabilidade por meio da aplicação de processos eletroquímicos em lixiviado bruto. / The landfill leachate is a wastewater generated from the mixture of liquids produced in the degradation of solid waste and rainwater that infiltrates the landfill. Studies in the literature approaching the treatment of landfill leachate indicate that biological processes may not be sufficient for the discharge standards prevailing in the present legislation. In this context the advanced oxidation processes (AOP) are being singled out as an attractive alternative for wastewater with a low biodegradability. This study aimed to evaluate, in a bench scale treatability of landfill leachate treatment with application of electrochemical oxidation followed by biological treatment of an activated sludge batch system. The electro-oxidation promotes the removal or degradation of pollutants species directly or indirectly, through processes which do not require addition of large amounts of chemicals. For tests with raw leachate and leachate with alkaline subjected to physico- chemical treatment of air stripping, there was no need to add support for electrolytes and chemical oxidation occurs over such trials the subject was measured as the COD, TOC and DOC. When applied the electro-oxidation in the raw leachate (without treatment) was reached 87% for COD removal using the DDB anode with the application of 48 L h-1 (current density 100 mA cm-2) and 65% COD removal when using the DSA anode under the same conditions. Similarly, the percentage values of TOC removal are 70 and 60 % respectively and also 61 and 67% compared to the DOC was obtained. In order to complement the studies regarding the performance of the electrochemical treatment of landfill leachate, the electro-oxidized effluent was added to an activated sludge system in two different volume ratios (2,5 and 5%) combined with sewage (97.5 and 95%, respectively). For control and possible efficiency analysis, testing with raw leachate (5% and 95 % crude leachate sanitary sewer) and only sanitary wastewater (100 %) were performed. Values of COD removal was obtained: 75% in 100% sewage condition, 64% with addition of 2,5% leachate electro- oxidized , with 57% addition of 5% leachate electro- oxidized and 38% with the addition of 5% raw leachate , and percentage values of TOC removal by about 56, 52, 47 and 37% , respectively. And BOD removal values were obtained in the order of 91, 87, 64 and 24%, respectively. In general, the proposed combined system has achieved considerable efficiency and proved to be compatible with the aim of studying the increased tractability through the use of electrochemical processes raw leachate.

Um dos principais resíduos gerados nos aterros é o lixiviado, que possui elevada concentração de matéria orgânica biodegradável e refratária e de matéria inorgânica, como nitrogênio amoniacal e metais pesados. O tratamento combinado de lixiviado com esgoto sanitário tem sido utilizado em algumas estações de tratamento de esgoto (ETE) brasileiras. No entanto, o processo ainda sofre vários questionamentos e incertezas, especialmente sobre os efeitos da adição do lixiviado sobre o sistema de tratamento. Nesse contexto, o presente trabalho visou avaliar a eficiência do tratamento combinado de lixiviado/esgoto em sistema de lodos ativados, em diferentes condições. Na primeira etapa desta pesquisa, foram realizados experimentos de tratabilidade em escala de bancada (regime de batelada) utilizando as proporções volumétricas de 0% (controle), 0,2%, 2% e 5% de lixiviado em diferentes condições experimentais. Dentre eles, o Experimento 2 (lixiviado pré-tratado por alcalinização e air stripping) se mostrou mais viável tecnicamente, alcançando eficiências de remoção da DBO, da DQO e do COD acima de 97, 82, 60%, respectivamente, até a proporção de 2% de lixiviado pré-tratado. Na segunda etapa da pesquisa, foi avaliada a tratabilidade utilizando reatores em escala piloto (regime contínuo) tratando esgoto sanitário com 2% (P1) e 0% (P2-controle) de lixiviado pré-tratado, com relação microrganismo-alimento de 0,22 kgDBO/kgSSV.dia, tempo de detenção hidráulica de 24 horas e idade do lodo de 20 dias. Os resultados indicaram viabilidade do tratamento nas condições estudadas com 2% de lixiviado pré-tratado, cujas eficiências médias de remoção da DBO, da DQO, do COD foram de 93, 84 e 60%, respectivamente. Esta pesquisa foi desenvolvida com apoio financeiro (Processo N° 2010/51955-2) da Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo (FAPESP). / The leachate is one of the main wastes generated in landfills, it has a high concentration of biodegradable and refractory organic matter and inorganic matter, such as ammonia and heavy metals. The combined treatment of leachate with sewage has been used in various sewage treatment plants in Brazil. However, there are still many questions and uncertainties about the process, especially the effects of adding leachate on the treatment system. In this context, this study aimed at evaluating the efficiency of combined treatment of leachate/sewage in activated sludge under different conditions. In the first stage of this research, treatability experiments were carried out in a bench scale (SBR) using the volumetric proportions of 0% (control), 0.2%, 2% and 5% leachate under different experimental conditions. The Experiment 2 (leachate pretreated by alkalinization and air stripping) was more technically feasible, achieving efficiencies of removal of BOD, COD and DOC above 97, 82, 60%, respectively, until the proportion of 2% pre-treated leachate. In the second stage of the research was evaluated the treatability using pilot-scale reactors (continuous flow) for sewage treatment with 2% (P1) and 0% (P2-control) leachate pretreated. The operational parameters adopted were food-microorganism rate of 0.22 kgDBO/ kgSSV.d, hydraulic retention time of 24 hours and the sludge retention time of 20 days. The results indicated the viability of the combined treatment with 2% leached pretreated, whose average efficiency of removing BOD, COD, DOC were 93, 84 and 60% respectively. This research was developed with financial support (case No. 2010/2-51955) of Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo (FAPESP).